تهدف وكالة الأمن القومي إلى بناء كمبيوتر كمي لكسر معظم أنواع التشفير

في صناديق معدنية بحجم الغرفة آمنة ضد التسريبات الكهرومغناطيسية ، تسابق وكالة الأمن القومي لبناء جهاز كمبيوتر يمكنه كسر كل نوع من التشفير المستخدم لحماية السجلات المصرفية والطبية والتجارية والحكومية في جميع أنحاء العالم.وفقًا للوثائق التي قدمها المقاول السابق في وكالة الأمن القومي ، إدوارد سنودن ، فإن الجهود المبذولة لبناء "كمبيوتر كمي مفيد للتشفير" - آلة أسرع بشكل كبير من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية - هي جزء من برنامج بحث بقيمة 79.7 مليون دولار بعنوان "اختراق الأهداف الصلبة". يتم استضافة الكثير من العمل بموجب عقود سرية في مختبر في كوليدج بارك ، ماريلاند

لطالما كان تطوير الكمبيوتر الكمومي هدفًا للكثيرين في المجتمع العلمي ، مع تداعيات ثورية في مجالات مثل الطب وكذلك مهمة كسر الشفرة في وكالة الأمن القومي. مع هذه التكنولوجيا ، سيتم كسر جميع أشكال تشفير المفتاح العمومي الحالية ، بما في ذلك تلك المستخدمة في العديد من مواقع الويب الآمنة وكذلك النوع المستخدم لحماية أسرار الدولة.

تكهن علماء الفيزياء وعلماء الكمبيوتر منذ فترة طويلة حول ما إذا كانت جهود وكالة الأمن القومي تتقدم أكثر من الجهود التي يبذلها أفضل المعامل المدنية. على الرغم من أن النطاق الكامل لأبحاث الوكالة لا يزال غير معروف ، تشير الوثائق التي قدمها Snowden إلى أن وكالة الأمن القومي ليست أقرب إلى النجاح من غيرها في المجتمع العلمي.

قال سكوت آرونسون ، الأستاذ المشارك في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "يبدو أنه من غير المحتمل أن تكون وكالة الأمن القومي متقدمة جدًا على العالم المفتوح دون أن يعرفه أحد".

يبدو أن وكالة الأمن القومي تعتبر نفسها تعمل على الرقبة والرقبة مع مختبرات الحوسبة الكمومية التي يرعاها الاتحاد الأوروبي والحكومة السويسرية ، مع تقدم مستمر ولكن احتمال ضئيل بحدوث انفراجة فورية.

"لقد ضيق النطاق الجغرافي من الجهد العالمي إلى التركيز المنفصل على الاتحاد الأوروبي وسويسرا" ، وفقًا لأحد وثائق وكالة الأمن القومي.

قال سيث لويد ، أستاذ هندسة ميكانيكا الكم بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، إن تركيز وكالة الأمن القومي ليس في غير محله. وقال: "لقد أحرز الاتحاد الأوروبي وسويسرا تقدمًا كبيرًا على مدار العقد الماضي ولحقا بالولايات المتحدة في تكنولوجيا الحوسبة الكمومية".

رفضت وكالة الأمن القومي التعليق على هذا المقال.

ومع ذلك ، تشير الوثائق إلى أن الوكالة تقوم ببعض أبحاثها في غرف محمية كبيرة تُعرف باسم أقفاص فاراداي ، وهي مصممة لمنع الطاقة الكهرومغناطيسية من الدخول أو الخروج. هذه ، وفقًا لوصف موجز واحد ، مطلوبة "للحفاظ على تجارب الحوسبة الكمومية الحساسة".

[اقرأ مستندًا يصف مستويات التصنيف المتعلقة بجهود الحوسبة الكمومية]

يُعرف المبدأ الأساسي الذي تقوم عليه الحوسبة الكمومية باسم "التراكب الكمومي" ، وهي فكرة وجود كائن في وقت واحد في جميع الحالات. يستخدم الكمبيوتر الكلاسيكي وحدات البت الثنائية ، والتي هي إما الأصفار أو تلك. يستخدم الكمبيوتر الكمومي وحدات بت ، أو وحدات بت ، وهي صفر وواحد في وقت واحد.

هذا الاستحالة الظاهر هو جزء من الغموض الذي يكمن في قلب النظرية الكمومية ، التي يقول حتى علماء الفيزياء النظرية أنه لا يوجد أحد يفهمها تمامًا.

قال الرابح الحائز على جائزة نوبل: "إذا كنت تعتقد أنك تفهم ميكانيكا الكم ، فأنت لا تفهم ميكانيكا الكم" ريتشارد فاينمان، الذي يعتبر على نطاق واسع رائدا في مجال الحوسبة الكمومية.

إليك الطريقة التي تعمل بها ، من الناحية النظرية: في حين أن الكمبيوتر الكلاسيكي ، مهما كان سريعًا ، يجب أن يقوم بحساب واحد في كل مرة ، يمكن للكمبيوتر الكمّي في بعض الأحيان تجنب الاضطرار إلى إجراء حسابات غير ضرورية لحل مشكلة ما. يتيح ذلك إمكانية تضمين الإجابة الصحيحة بسرعة أكبر وكفاءة.

من الصعب الحصول على الحوسبة الكمومية بسبب الطبيعة الهشة لهذه الحواسيب. من الناحية النظرية ، قد تشتمل اللبنات الأساسية لمثل هذا الكمبيوتر على ذرات أو فوتونات أو إلكترونات فردية. للحفاظ على الطبيعة الكمية للكمبيوتر ، يجب عزل هذه الجسيمات بعناية عن بيئاتها الخارجية.

وقال دانييل ليدار ، أستاذ الهندسة الكهربائية ومدير مركز علوم وتكنولوجيا الكم في معهد العلوم الكمومية: "الحاسبات الكمومية حساسة للغاية ، لذا إذا لم تقم بحمايتها من بيئتها ، فسيكون الحساب عديم الفائدة". جامعة جنوب كاليفورنيا.

سيفتح الكمبيوتر الكمي العامل الباب لكسر أقوى أدوات التشفير المستخدمة اليوم ، بما في ذلك المعيار المعروف باسم RSA ، والمسمى بالأحرف الأولى من المبدعين. تعمل RSA على إرسال الاتصالات ، مما يجعلها غير قابلة للقراءة لأي شخص باستثناء المستلم المقصود ، دون الحاجة إلى استخدام كلمة مرور مشتركة. يستخدم بشكل شائع في متصفحات الويب لتأمين المعاملات المالية ورسائل البريد الإلكتروني المشفرة. يتم استخدام RSA نظرًا لصعوبة التخصيم لمنتج رقمين أوليين كبيرين. كسر التشفير ينطوي على إيجاد هذين الرقمين. لا يمكن القيام بذلك خلال فترة زمنية معقولة على جهاز كمبيوتر تقليدي.

في 2009 ، تمكن علماء الكمبيوتر باستخدام الأساليب الكلاسيكية من اكتشاف الأعداد الأولية ضمن رقم 768-bit ، لكن الأمر استغرق ما يقرب من عامين ومئات أجهزة الكمبيوتر لمعالجته. قدر العلماء أن الأمر يستغرق 1,000 مرات أطول لكسر مفتاح تشفير 1,024 ، والذي يستخدم عادة للمعاملات عبر الإنترنت.

ومع ذلك ، يمكن للكمبيوتر الكمومي على نطاق واسع ، من الناحية النظرية ، كسر تشفير 1,024 bit بشكل أسرع. تنتقل بعض شركات الإنترنت الرائدة إلى مفاتيح بت 2,048 ، لكن حتى تلك التي يُعتقد أنها عرضة لفك التشفير السريع باستخدام جهاز كمبيوتر الكم.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية لديها العديد من التطبيقات للمجتمع العلمي اليوم ، بما في ذلك إنشاء الذكاء الاصطناعي. لكن وكالة الأمن القومي تخشى الآثار المترتبة على الأمن القومي.

"إن تطبيق التقنيات الكمومية على خوارزميات التشفير يهدد بالتأثير بشكل كبير على قدرة الحكومة الأمريكية على حماية اتصالاتها والتنصت على اتصالات الحكومات الأجنبية" ، وفقًا لوثيقة داخلية مقدمة من Snowden.

الخبراء ليسوا متأكدين من الوقت الذي سيكون فيه الكمبيوتر الكمومي ممكنًا. قبل عقد من الزمن ، قال بعض الخبراء إن تطوير كمبيوتر كمومي كبير من المحتمل أن يكون 10 إلى 100 في المستقبل. قبل خمس سنوات ، قال لويد إن الهدف كان على الأقل 10 سنوات.

في العام الماضي ، قال جيف فورشو ، الأستاذ بجامعة مانشستر ، لصحيفة الجارديان البريطانية: "ربما يكون من السابق لأوانه التكهن بموعد إنشاء أول كمبيوتر كمومي واسع النطاق ، لكن التقدم المحرز مؤخرًا يشير إلى وجود كل الأسباب وراء متفائل."

"لا أعتقد أننا من المحتمل أن يكون لدينا نوع من أجهزة الكمبيوتر الكمية التي تريدها وكالة الأمن القومي خلال خمس سنوات على الأقل ، في ظل عدم حدوث تقدم كبير قد يستغرق وقتًا أطول" ، قال لويد لصحيفة واشنطن بوست في مقابلة أجريت معه مؤخرًا.

ومع ذلك ، تزعم بعض الشركات أنها تنتج بالفعل أجهزة كمبيوتر صغيرة. شركة كندية ، مد الموجة نظم ، تقول إنها صنعت أجهزة كمبيوتر كمومية منذ 2009. في 2012 ، باعت نسخة بقيمة 10 مليون دولار إلى Google و NASA ورابطة أبحاث الفضاء في الجامعات ، وفقًا للتقارير الإخبارية.

ومع ذلك ، لن يكون الكمبيوتر الكمومي مفيدًا لكسر تشفير المفتاح العام مثل RSA.

"حتى لو كان كل ما يدعونه صحيحًا ، فإن هذا الكمبيوتر ، حسب تصميمه ، لا يمكن تشغيله خوارزمية شوورقال ماثيو جرين ، أستاذ البحث بمعهد أمن معلومات جامعة جونز هوبكنز ، في إشارة إلى الخوارزمية التي يمكن استخدامها لكسر التشفير مثل RSA.

يعتقد الخبراء أن واحدة من أكبر العقبات التي تحول دون كسر التشفير باستخدام الكمبيوتر الكمومي هي بناء جهاز كمبيوتر يحتوي على كمية كافية من وحدات البايت ، وهو أمر صعب نظرًا للحالة الهشة للغاية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. بحلول نهاية سبتمبر ، توقعت وكالة الأمن القومي أن تكون قادرة على الحصول على بعض الكتل البرمجية الإنشائية ، والتي وصفتها في وثيقة بأنها "الفصل الديناميكي والتحكم التام في الكم في اثنين من أشباه الموصلات".

قال لويد: "هذه خطوة رائعة ، ولكنها خطوة صغيرة جدًا على طريق بناء كمبيوتر كم كبير الحجم".

يحتاج الكمبيوتر الكمومي القادر على كسر التشفير إلى مئات أو آلاف البتات الإضافية أكثر من ذلك.

تفاصيل ميزانية برنامج الاستخبارات الوطنية ، والتي يشار إليها عادة باسم "الميزانية السوداء" ، تفصل مشروع "اختراق الأهداف الصلبة" وأشارت إلى أن هذه الخطوة "ستمكّن التوسع الأولي نحو الأنظمة الكبيرة في الجهود ذات الصلة والمتابعة."

يستخدم مشروع آخر ، يسمى "Owning the Net" ، البحث الكمومي لدعم إنشاء هجمات كمومية على تشفيرات مثل RSA ، تظهر الوثائق.

وقال ليدار "إن المفارقة في الحوسبة الكمومية هي أنه إذا استطعت أن تتخيل شخصًا يبني كمبيوترًا كميًا يمكنه كسر التشفير بعد بضعة عقود في المستقبل ، فأنت بحاجة إلى القلق الآن."

حقوق النشر: The Washington Post

حصة هذه المادة: