A digitális kommunikációt védő, általunk jelenleg ismert titkosítást egy napon a kvantumszámítógépek feltörhetik. Ez a „Q-napnak” nevezett pillanat világszerte felboríthatja a katonai, gazdasági és biztonsági percepciónkat. A nagyhatalmak, főként Kína és az Egyesült Államok versenybe kezdett, hogy melyikük tudja ezt a kódfeltörést előbb megvalósítani a másik kárára. Ezzel a kvantumtechnológia is bekerült annak a technológiai versenynek a területei közé, amit mi itt, a Makronóm Intézetben már több oldalról is elemeztünk, többek között a hidegháború 2.0 és a blokkosodás keretein belül. 

Mihálovics Zoltán politológus, a Makronóm Intézet elemzőjének írása 

A Reuters egy különjelentése szerint februárban egy kanadai kiberbiztonsági cég (Quantum Defen5e, QD5) vészjósló előrejelzést készített az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának. Az Amerika által tárolt adatokat – tehát valójában mindenki adatait – veszély fenyegeti. A cég ügyvezető alelnöke, Tilo Kunz elmondta, hogy  

valószínűleg már 2025-ben elérkezik a „Q-napként” emlegetett nap, amikor a kvantumszámítógépek feltörik az általunk jelenleg ismert titkosítási módszereket  

és képesek lesznek feltörni azokat a kódokat, amelyek gyakorlatilag a mai modern kommunikáció egészét védik. Ha ez megtörténne, a hadseregek hosszú távú tervei és hírszerzési tevékenységeik az ellenség felé ki lennének szolgáltatva, a vállalkozások szellemi tulajdonát ellophatnák, az emberek egészségügyi adatai pedig nyilvánosságra kerülnének. 

Gyakorlatilag minden, amit nyilvános hálózatokon keresztül küldenek, veszélyben van. 

A szuperhatalmi versengés újabb területe 

Az Egyesült Államok és Kína, a világ vezető katonai hatalmai egymást vádolják nagyszabású adathalászattal. 

Az USA-t és Kínát tartják a terület vezetőinek, de sokak szerint Amerika még mindig előnyben van 

Washington és szövetségesei új titkosítási szabványokon dolgoznak, amelyeket posztkvantumkriptográfiának neveznek – lényegében olyan kódokon, amelyeket még egy kvantumszámítógép számára is sokkal nehezebb feltörni. Peking úttörő szerepet próbál betölteni a kvantumkommunikációs hálózatok területén, bár e technológia feltörése a kutatók szerint elméletileg lehetetlen. 

 

A kvantumszámítás gyökeresen más. A hagyományos komputerek az információt bitek formájában dolgozzák fel – vagy 1 vagy 0, és egyszerre csak egy számot. A kvantumszámítógépek kvantumbitekben, azaz qubitekben dolgozzák fel az információt, amely egyszerre lehet 1, 0 vagy a kettő közötti bármely szám. Ezek a komputerek a kvantummechanika egy tulajdonságát, az ún. összefonódást is kihasználják. Az olyan részecskék, mint a fotonok vagy az elektronok összekapcsolódhatnak, így még akkor is kapcsolatban maradnak, ha hatalmas távolságok választják el őket egymástól. A fizikusok és az informatikusok szerint a qubitek és az összefonódás tulajdonságai alapvető fontosságúak a kvantumszámítógépek számára, mivel olyan számítások elvégzését teszik lehetővé, amik a mai nagy szuperszámítógépekkel nem lennének kivitelezhetők. Előrejelzések szerint ez a feldolgozási teljesítmény a következő évtized közepére több száz milliárd dolláros többletbevételt eredményez, sőt a kvantumtechnológia fejlődése még e számítógépek megjelenése előtt jelentősen javítani fogja egyes katonai hardverek teljesítményét. 

A kvantumtechnológia a 21. században olyan átalakító erejű lesz, mint az elektromosság erőforrásként való hasznosítása volt a 19. században. 

A Venona-projekt 

Érdemes megemlíteni a Venona-projektet, amely egy 1943-ban indított, és 37 évig tartó amerikai erőfeszítés volt a szovjet diplomáciai kommunikáció megfejtésére. A CIA dokumentumai szerint a tengerentúli kódtörők a szövetségesek segítségével több mint 2900-et tudtak dekódolni a szovjet hírszerző ügynökségek által az 1940 és 1948 között küldött több ezer üzenetből. A táviratok kiterjedt kommunista hírszerzési műveleteket tártak fel az USA és szövetségesei ellen. A kódfeltörés a CIA dokumentumai szerint a szovjet behatolás felfedezéséhez vezetett a Manhattan Projectbe, valamint a Cambridge-i Ötök, a Moszkva számára kémkedő brit köztisztviselők egy csoportjának leleplezéséhez. 

A Nyugat számára az áttörést az jelentette, hogy rájöttek, a szovjetek visszaéltek az ún. egyszer használatos betétekkel: ez a titkosítás egy bevált formája, amelyben egy titkos kulcsot használnak a felek között küldött üzenet kódolására. A módszer onnan kapta a nevét, hogy a legkorábbi formáiban a kulcsokat egy olyan padra nyomtatták, amelynek minden oldala egyedi kódot tartalmazott; a felső oldalt letépték és egyetlen használat után megsemmisítették. A szovjetek azonban hibáztak, mivel egyszer használatos lapokat nyomtattak és használtak korlátozott ideig. A CIA dokumentumai szerint ez tette lehetővé, hogy a szövetséges elemzők évekkel később dekódolják az üzenetek egy részét. 

Ahhoz, hogy valóban feltörhetetlen legyen, az egyszer használatos kulcsnak az üzenet méretével megegyező vagy annál nagyobb véletlenszerű számokból kell állnia. Az üzenetet fogadó fél ugyanezt a titkos kulcsot használja a visszafejtéséhez. A módszert több mint egy évszázaddal ezelőtt találták ki, és évtizedekig a legtöbb nagyhatalom használta titkos üzenetek küldésére. A modern korban azonban technikai tényezők miatt túl nehézkessé vált a tömeges, biztonságos kommunikációhoz. 

Ehelyett ma a legtöbb kommunikációt az ún. nyilvános kulcsú infrastruktúrával (PKI) biztosítják. Ez lehetővé tette az internetes gazdaság és a nyílt távközlési rendszerek kialakulását. Az e-mail-fiókok jelszavai, az online banki szolgáltatások és a biztonságos üzenetküldő platformok mind ezen alapulnak. A PKI a legtöbb kormányzati és nemzetbiztonsági kommunikációban is kulcsfontosságú. 

Még ha a Q-napig egy évtized vagy több van hátra, elengedhetetlen, hogy már most megkezdjük a felkészülést a kvantumszámítás utáni kriptográfiára való áttérésre. Az egész internetet és a hozzá csatlakoztatott eszközöket érinti majd a változás.  

A Világgazdasági Fórum becslése szerint a következő két évtizedben 20 milliárd eszközt kell korszerűsíteni vagy lecserélni, hogy megfeleljen a kvantumbiztonsági előírásoknak. Ez egy 100 milliárd vagy ezer milliárd dolláros frissítés lesz. Miközben a kvantumszámítástechnika a meglévő biztonsági intézkedések felborulásával fenyeget, a technológia mögött álló fizikát ki lehet használni az elméletileg feltörhetetlen hálózatok létrehozására is. 

Egy kvantumkommunikációs hálózatban a felhasználók fotonoknak nevezett szubatomi részecskéken cserélnek titkos kulcsot vagy kódot, ami lehetővé teszi az adatok titkosítását és visszafejtését. Ezt nevezik kvantumkulcselosztásnak (QKD). Ez a kvantummechanika egyik alapvető tulajdonsága, ami képes biztosítani a biztonságos kommunikációt. Bármilyen kísérlet, amely ezeket a kvantumrészecskéket megfigyeli vagy zavarja, megváltoztatja őket. Ez azt jelenti, hogy a kommunikáció lehallgatására tett kísérlet azonnal észlelhető a felhasználók számára. 

Kína hatalmas összegeket fektet be 

A kvantumkommunikációra az ázsiai nagyhatalom nagy összegeket költ. A technológia képes megvédeni Peking adathálózatait, még akkor is, ha a riválisok érik el elsőként a Q-napot. Hszi Csin-ping a kvantumtechnológia stratégiai értékét hangsúlyozta a kínai felső vezetőkhöz intézett 2020-as beszédében. Kína egyértelmű célokat tűzött ki a kvantumtudomány uralására. Egy áprilisi jelentésében a McKinsey becslése szerint Peking 15,3 milliárd dollárnyi támogatást jelentett be a kvantumkutatásra, ami több mint négyszerese a 3,7 milliárdos amerikai összegnek. 

Kína kvantumtechnológiai kutatásainak egyik fő mozgatórugója Pan Csien-Vej (Pan Jianwei) fizikus. 

Az 53 éves Pan a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem, az ország első számú kvantumkutató intézményének professzora. A szakember Kínát a kvantumtechnológia vezetőjévé kívánja tenni, miközben kibertámadásoktól védett internetet akar építeni. Ez megvédené a kínai vezetést és a hadsereget a hackertámadásoktól. A kvantumokkal megerősített internet megvédhetné a létfontosságú infrastruktúrát és a hatalmas megfigyelőhálózatot, amelyet a kommunista párt azért épített ki, hogy eltiporja a hatalmi monopóliumát fenyegető kihívásokat. Pan pályafutása rávilágít arra, hogy a külföldi technológia átvétele kulcsfontosságú volt Kína számára a kvantumtechnológia és más technológiák területén. Kínában ő vezette azt a csapatot, amely 2016-ban mérföldkövet ért el a Miciusszal, a világ első kvantumműholdjának felbocsátásával, amellyel biztonságos kommunikációs kapcsolatot létesítettek a kínai földi állomásokkal. 2017-ben a csapata és osztrák kutatók a Micius segítségével a világ első kvantumkódolású telekonferenciáját tartották, amely Pekinget és Bécset kötötte össze. Pan egy olyan csoportot is vezetett, amely a hírek szerint hasonlóan feltörhetetlen földi hálózatot épített ki Kínában, amely Peking, Csinan, Sanghaj és Hofej városát kötötte össze. A Strider Technologies stratégiai hírszerző startup 2019-es jelentése szerint Pan volt az egyik kezdeményezője annak az összehangolt kampánynak, amelynek a célja az volt, hogy kínai tudósokat küldjenek a világ vezető kvantumlaboratóriumaiba, hogy a visszatérésük után beindítsák a hazai fejlesztést. 

 

Washington máris korlátozza Kínát 

Annak ellenére, hogy Kína a finanszírozás terén az élre tört, egyes kutatók szerint Amerika továbbra is vezető szerepet tölt be a kvantumtechnológiában, köszönhetően a magánszektor technológiai innovátorainak, kormányzati laboratóriumainak, egyetemi kutatóinak. Washington pedig arra törekszik, hogy korlátozza az amerikai befektetéseket a kínai kvantumképességekben. 

Augusztusban Joe Biden utasította a Pénzügyminisztériumot, hogy szabályozza a kvantum-számítástechnikába, a félvezetőkbe és a mesterséges intelligenciába történő amerikai befektetéseket. A rendelet melléklete Kínát, valamint Hongkong és Makaó különleges közigazgatási területeit nevezte meg „aggodalomra okot adó” országként. Ez a kvantumtechnológiák és -berendezések kínai gyártásába történő befektetések betiltásához vezethet. 

A kormányzati ügynökségek és a magánszektor világszerte stratégiákon dolgozik a kvantumszámítógépek legyőzésére. Augusztusban az amerikai Nemzetbiztonsági Ügynökség és más ügynökségek arra szólították fel a lakosságot és a vállalatokat, hogy fogadjanak el új intézkedéseket a kommunikációjuk védelmére a kvantumkriptográfia utáni titkosítással. 

A kvantummechanika forradalma 

A világ tehát a kvantummechanikán – az anyag és az energia viselkedését az atomok és szubatomi részecskék szintjén leíró fizikai elméleten – alapuló számítástechnikai forradalom küszöbén áll.  

Ez a terület a szakértők számára is tele van meglepetésekkel, mert annyira különbözik attól, ahogyan az emberek a nagyobb tárgyak viselkedését és tulajdonságait tapasztalják, érzékelik.  

Az elmúlt évtizedekben számos lehetséges alkalmazás jelent meg, köztük a számítástechnika, és a washingtoni székhelyű CSIS jelentése szerint jelenleg több mint egy tucat országban folynak kutatások. A kvantum-számítástechnikában 1994-ben jött el a fordulópont, amikor Peter Shor amerikai matematikus kifejlesztett egy algoritmust, amely megmutatta, hogy a kvantumszámítógépek segítségével a klasszikus komputerek által nem megugorható problémákat lehet megoldani. Ezek a számítógépek várhatóan percek alatt képesek lesznek feltörni a kódokat. Észak-Amerika a kvantum-számítástechnika epicentruma. A kvantumprocesszorokat építő amerikai vállalatok közé tartozik az IBM, az Amazon, az Intel, a Google, a Quantinuum, az IonQ, a Microsoft, a Quantum Computing Inc. és a Rigetti Computing. Kanadában a D-Wave Systems és a Xanadu Quantum Technologies az úttörő. 

 

Zárásként érdemes idehozni a Boston Consulting Group (BCG) májusi jelentését, amely szerint az üzleti élet már 2025-ben hasznot húz a kvantumszámítógépekből. A kvantumadat-feldolgozás akár 850 milliárd dolláros bevételt is hozhat a felhasználóknak körülbelül 2035-ig, amikorra a BCG szerint a technológia kiforrottá válik. 

Borítókép: MTI/EPA/Alex Plavevski