Китай выигрывает гонку квантовых технологий у США
Это ещё не реальность, но КПК неустанно работает над тем, чтобы это стало реальностью.
Чтобы достичь этой реальности, компартия всё чаще обращается к квантовым вычислениям для обработки ранее непостижимых объёмов данных. Её цель — взломать шифрование RSA, используемое для защиты большей части информации, хранящейся в Интернете.
Долгое время опасались возможности квантовых вычислений полностью разрушить шифрование, которое защищает так много мировых данных, но большинство считало, что угроза наступит, по крайней мере, через десять лет.
Однако в декабрьской статье, написанной в соавторстве с 24 исследователями из многочисленных академических организаций и государственных лабораторий Китая, утверждается, что они разработали именно этот метод.
В документе под названием «Факторизация целых чисел с сублинейными ресурсами на сверхпроводящем квантовом процессоре» утверждается, что исследователи в Китае разработали метод взлома алгоритма RSA, используемого в большинстве онлайн-систем шифрования, с помощью квантовых вычислений для улучшения кода алгоритмов взлома.
В частности, в документе утверждается, что алгоритм, разработанный математиком Клаусом-Петером Шнорром в прошлом году, который нельзя было масштабировать на классических компьютерах, можно эффективно реализовать, перенеся некоторые наиболее трудоёмкие процессы на квантовую систему.
Инцидент подчёркивает не только то, что Китай сделал ещё один шаг к полному господству в онлайн-экосистеме, но и уникальную роль, которую гибридные квантово-классические системы будут играть в начале новой эры неопределённости в области безопасности.
Лазер тестирует оптический волновод чипа для квантовых вычислений в лаборатории в Штутгарте, Германия, 14 сентября 2021 года. (Thomas Kienzle/AFP via Getty Images)
Гибридные системы — следующая угроза
Несмотря на успех алгоритма Шнорра, этот эпизод представляет новые доказательства того, что КПК и её многочисленные государственные исследовательские органы стремятся использовать высокие ставки в сфере квантовых вычислений. По словам Артура Хермана, старшего научного сотрудника Хадсоновского института, консервативного аналитического центра КПК хочет обойти США.
«Это свидетельствует о том, что они очень усердно работают над двумя аспектами квантовой гонки с Соединёнными Штатами, — сказал Герман, курирующий инициативу Hudson Quantum Alliance Initiative. — С одной стороны, КПК разрабатывает собственную квантовую компьютерную технологию, включая квантовые компьютеры, которые в конечном итоге смогут расшифровывать как симметричные, так и асимметричные системы».
«С другой стороны, они очень заняты укреплением собственных сайтов и защитой от такого рода усилий по расшифровке со стороны Соединённых Штатов».
Квантовый бит, или кубит, является базовой единицей квантовой информации, используемой квантовыми компьютерами. В то время как традиционные процессоры используют обычные биты, которые можно включать и выключать для создания двоичного кода, кубиты могут включаться, выключаться или включаться и выключаться одновременно в явлении, известном как суперпозиция.
Существование этого третьего состояния позволит квантовым процессорам достигать гораздо более высоких скоростей обработки, чем их традиционные аналоги, но заставить две системы работать вместе сложно.
Соединяя квантовую систему с классической, исследователи могут эффективно использовать грубую мощь одной и стабильность другой.
С этой целью Герман в конце прошлого года написал отчёт для Института Хадсона, в котором исследовалось, как создание гибридных систем с использованием квантовых и классических компьютеров для различных задач может вывести область вперёд на неизведанные и, вероятно, опасные новые горизонты.
«Истинный путь в квантовое будущее — это сочетание квантовых и классических цифровых технологий, особенно в области вычислений, что значительно ускорит доступ к потенциальным преимуществам квантовой информатики», — говорится в отчёте.
«Короче говоря, «гибридные» вычисления создают совместную работу, в которой пользователи прогоняют различные аспекты проблемы через квантовые и классические компоненты внутри системы. Разделение труда зависит от того, какая система лучше всего подходит для решения того или иного аспекта проблемы».
Китайские исследователи, написавшие свою статью об алгоритме Шнорра, предложили именно такую систему, заявив, что «практическое квантовое преимущество» можно получить, делегируя ключевые сложные задачи квантовой машине, а для остальных процессов используя классическую систему.
Хотя сами исследователи использовали лишь небольшую часть квантовой мощности, необходимой для прямого взлома шифрования RSA, они сообщают, что их модель может быть достаточно масштабирована и, вероятно, будет успешной «в ближайшем будущем».
«Они соединили свои квантовые компоненты для своих исследований… с классическими вычислениями, — сказал Герман. — Другими словами, они используют гибридную систему».
«Идея о том, что вам нужно подождать, пока у вас не будет большой монолитной системы квантовых вычислений [чтобы взломать шифрование]… Я думаю, становится ложной», — добавил Герман.
Фил Эванс, научный сотрудник группы квантовой информатики Национальной лаборатории Ок-Риджа США, изготавливающий квантово-фотонные схемы для будущих квантовых коммуникаций, сенсорных и вычислительных технологий. (Oak Ridge National Laboratory)
Пропаганда Победы и исследования КПК «за закрытыми дверями»
Законы КПК определяют данные как национальный ресурс и позволяют правительству собирать любые данные, находящиеся в распоряжении организаций в Китае в целях национальной безопасности. Поэтому любые проведённые исследования, изобретённые алгоритмы или данные, полученные путём взлома RSA, в конечном итоге будут принадлежать компартии.
По словам Германа, в опубликованной в декабре статье участвовали исследователи из государственных учреждений. Она была широко разослана, без соблюдения хотя бы минимальной секретности, что свидетельствует о более высоких амбициях КПК.
«Что [эта статья] действительно показывает, так это то, что они не делают это скрытно», — сказал Герман.
«Они видят в этом способ действительно заявить о том, насколько жёстко и серьёзно они относятся к усилиям по квантовому дешифрованию».
Ранее Герман описал гонку за квантовым превосходством как поиск «совершенного оружия» и сравнил усилия с Манхэттенским проектом, результатом которого стало создание первой атомной бомбы.
Хотя документ не является атомной бомбой, Герман опасается, что компартия может работать над гораздо более сложными исследованиями за кулисами.
«Это всё больше будет частью их стратегического наступления на Соединённые Штаты и Запад», — сказал Герман.
«Мы должны отнестись к этому очень серьёзно, даже если само объявление не является тем, о чём нам следует беспокоиться в ближайшем будущем».
С этой целью Герман сказал, что КПК определённо одержала пропагандистскую победу и может использовать свои достижения в области квантовых вычислений, чтобы внушить страх всему миру, но её неизвестные проекты могут быть гораздо опаснее.
«Это всё научные статьи, которые широко публикуются», — сказал Герман.
«Это то, что [КПК] говорит нам о том, что они делают. Мы действительно не знаем, что они делают за закрытыми дверями».
Таким образом, хотя ещё в прошлом году Герман считал, что прорывы в области квантовых вычислений, которые изменят мир, станут продуктом 2030-х годов, он сказал, что это последнее событие вынудило его сократить этот график.
По его словам, реализация эффективной гибридной системы на данном этапе означает, что КПК может продвинуться намного дальше, и в ближайшие несколько лет могут появиться попытки взлома шифрования.
Неограниченная война
Для отставного бригадного генерала ВВС США Роберта Сполдинга, стремление КПК к квантовому превосходству — это всего лишь ещё один инструмент многоаспектной атаки на Соединённые Штаты.
Сполдинг считает, что квантовые вычисления — это не абсолютное оружие, а часть гораздо более масштабной кампании «неограниченной войны», с помощью которой КПК стремится использовать все имеющиеся в её распоряжении невоенные средства для получения реального военного преимущества над США.
«Китайцы долгое время собирали данные в надежде получить достаточно мощный квантовый компьютер, чтобы взломать шифрование RSA», — сказал Сполдинг.
«При этом техника, упомянутая в документе, не обязательно даёт преимущество до тех пор, пока к ней не смогут получить доступ те, кто заинтересован в собранных ими данных».
Генерал считает, что искусственный интеллект, необходимый для сортировки и осмысления огромного количества данных, которые способна собирать квантовая система, важнее, чем средства для их получения.
Во всяком случае, Сполдинг связал как ИИ, так и квантовые технологии с амбициями КПК построить и управлять государством, основанным на «авторитаризме, основанном на данных». Эти амбиции требовали от правительства Китая собирать данные всеми легальными, квазилегальными и нелегальными средствами.
«Принимая во внимание неограниченную войну, мы видим, что именно эволюция технологий, и особенно Интернет с его огромным объёмом данных, является связующим звеном для всех вещей, дающих невероятные преимущества любому авторитарному государству, которое будет правильно ими пользоваться», — сказал Сполдинг.
«Quantum — это просто инструмент, — добавил генерал. — Он может обеспечивать связь, которую невозможно прослушать, и может использоваться для таких вещей, как взлом современного шифрования. Для целей господства КПК искусственный интеллект гораздо важнее и мощнее, чем квантовые технологии».
На вопрос, как Соединённые Штаты могут предотвратить или хотя бы замедлить продвижение КПК к обладанию данными всех американцев, Сполдинг был менее оптимистичен.
По его словам, пока КПК контролирует Китай, её стратегия военно-гражданского синтеза требует, чтобы американские технологии и исследования эффективно использовались против международного порядка.
Это представляет собой уникальную проблему для Соединённых Штатов и демократических государств, сказал Сполдинг, поскольку их открытый характер делает их экономические, политические и медийные системы изначально уязвимыми для пропаганды КПК, кражи интеллектуальной собственности и принуждения.
При таком сценарии, считает Сполдинг, единственный путь, по которому Соединённые Штаты могли бы пойти к победе, — это полностью отделить и перекрыть доступ Китая к американским рынкам, СМИ и технологиям.
«Во время холодной войны мы могли эффективно удерживать технологии от советских рук, разделяя экономики, — сказал Сполдинг. — Объединив Китай с собой, мы дали им возможность победить нас с помощью нашей собственной системы».
«Тот факт, что КПК может полагаться на Америку в отношении талантов, технологий и капитала, гарантирует, что любое преимущество, которое имеют США, потому что людям предоставляется свобода творчества, также пойдёт на пользу Китаю. Препятствий нет».
США должны подготовиться к десятилетиям квантовой защиты
Со своей стороны, Герман не был так уверен, что будущее за разрывом с Китаем.
Хотя национальные лидеры поначалу действовали медленно, Соединённые Штаты прилагают собственные усилия для защиты от квантовой угрозы, и Герман отметил, что администрация Байдена «активизировала» свои усилия по подготовке нации к квантовому будущему.
В частности, Герман похвалил администрацию Байдена за принятие закона о кибербезопасности квантовых вычислений, который предписывает правительственным учреждениям начать процесс перехода к «постквантовой криптографии».
«Переход к постквантовой криптографии занимает много времени, а обеспечение квантовой безопасности систем потребует времени, усилий и ресурсов», — сказал Герман.
«Администрация Байдена, к их большой чести, в прошлом году действительно активизировалась в отношении обеспечения квантовой безопасности государственных учреждений. Следующим шагом является то, что мы должны заставить частный сектор и частные компании, включая наши банки и энергетические компании, серьёзно отнестись к тому, чтобы сделать себя квантово-готовыми и квантово-безопасными».
Однако битва ещё не выиграна, и Герман считает, что война за квантовое доминирование будет вестись через жёсткую конкуренцию и инновации в течение десятилетий. Её победитель определит будущее мира.
«Это будет иметь решающее значение в ближайшую пару десятилетий, — уверен Герман. — У нас ещё есть время, но у нас может быть не так много времени, как мы привыкли думать, до того как эта угроза станет неизбежной».
«Подобная статья — ещё одна соломинка на ветру. Это ещё один признак того, что этот день приближается, и нам нужно действительно сосредоточиться на этом сейчас, как на способе защиты нашей экономики и национальной безопасности. А также подумать о том, как мы можем сдержать такую угрозу, как Китай».