Κάθε φορά που ψωνίζετε online με την πιστωτική σας κάρτα, εγκαθιστάτε μια ενημέρωση στο τηλέφωνό σας ή στέλνετε ένα εμπιστευτικό αρχείο σε έναν συνάδελφο, τα πρωτόκολλα ασφάλειας στο διαδίκτυο βοηθούν στη διατήρηση της ασφάλειας των δεδομένων σας. Αυτά τα συστήματα κρυπτογράφησης προστατεύουν δισεκατομμύρια συναλλαγές και επικοινωνίες καθημερινά, χρησιμοποιώντας αλγόριθμους που είναι πολύ δύσκολο να παραβιαστούν από τους συμβατικούς υπολογιστές. Ακόμα και ένας χάκερ που χειρίζεται τον πιο ισχυρό υπερυπολογιστή θα χρειαζόταν εκατομμύρια χρόνια για να βρει το σωστό κλειδί πρόσβασης.

Αλλά με μια νέα συσκευή που ονομάζεται κβαντικός υπολογιστής, θα μπορούσαν να σπάσουν τον κώδικα σε ώρες. Ενώ αυτά τα μηχανήματα έχουν τη δυνατότητα να βοηθήσουν τους επιστήμονες να ανακαλύψουν επιτυχημένα φάρμακα ή να σχεδιάσουν μπαταρίες υψηλής απόδοσης, θα μπορούσαν επίσης να επιτρέψουν σε συνδικάτα εγκλήματος ή σε κρατικά χρηματοδοτούμενους χάκερ να καταστρέψουν τα θεμέλια της ψηφιακής ασφάλειας.

Αν και οι κβαντικοί υπολογιστές δεν αποτελούν άμεσο κίνδυνο, η απειλή είναι πραγματική — και αυξανόμενη. Η έξυπνη κίνηση είναι να προετοιμαστείτε τώρα, όχι να πανικοβληθείτε αργότερα.

Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι ένα νέο είδος τεχνολογίας που χρησιμοποιεί τις αρχές της κβαντικής φυσικής για να αντιμετωπίσει προβλήματα που είναι εξαιρετικά δύσκολα - ή ακόμα και αδύνατα - να λύσουν οι σημερινοί υπολογιστές. Όπως και οι παραδοσιακοί υπολογιστές, αποθηκεύουν πληροφορίες χρησιμοποιώντας bits, τα οποία συνήθως αναπαρίστανται ως 0 και 1.

Σε έναν κανονικό υπολογιστή, αυτά τα bit δημιουργούνται χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά σήματα που είναι είτε ενεργοποιημένα είτε απενεργοποιημένα. Οι κβαντικοί υπολογιστές, ωστόσο, χρησιμοποιούν μικροσκοπικά σωματίδια που ονομάζονται qubits. Χάρη σε μια κβαντική ιδιότητα που ονομάζεται υπέρθεση, τα qubits μπορούν να βρίσκονται σε ένα μείγμα 0 και 1 ταυτόχρονα. Αυτό επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να εξερευνούν πολλές πιθανές λύσεις ταυτόχρονα, αντί για μία κάθε φορά.

Η κβαντική υπολογιστική είναι ισχυρή επειδή λειτουργεί με εντελώς διαφορετικό τρόπο από τους συμβατικούς υπολογιστές. Τα qubits μπορούν να αναπαραστήσουν πολλαπλές πιθανότητες ταυτόχρονα, πράγμα που σημαίνει ότι ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να επεξεργαστεί έναν τεράστιο αριθμό πιθανών λύσεων ταυτόχρονα.

Αυτό οδηγεί σε εκθετική αύξηση της υπολογιστικής ισχύος: Κάθε νέο qubit διπλασιάζει τον αριθμό των καταστάσεων που μπορεί να χειριστεί ο υπολογιστής. Για παράδειγμα, δύο qubits μπορούν να αναπαραστήσουν τέσσερις συνδυασμούς, τρία qubits μπορούν να αναπαραστήσουν οκτώ και 50 qubits μπορούν να αναπαραστήσουν πάνω από ένα τετράκις εκατομμύριο συνδυασμούς. Αυτό καθιστά τους κβαντικούς υπολογιστές ιδιαίτερα πολλά υποσχόμενους για εργασίες όπως η προσομοίωση μορίων, η διάσπαση κρυπτογράφησης ή η επίλυση σύνθετων προβλημάτων βελτιστοποίησης.

Ο κίνδυνος της κβαντικής υπολογιστικής είναι ότι θα μπορούσε να παραβιάσει τα συστήματα κρυπτογράφησης που προστατεύουν τον ψηφιακό μας κόσμο — συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών τραπεζικών συναλλαγών, των email και των ασφαλών ιστότοπων. Θα εκτίθεντο ευαίσθητες πληροφορίες, θα παραβιάζονταν τα χρηματοοικονομικά συστήματα και θα υπονομευόταν η ψηφιακή ραχοκοκαλιά ολόκληρων βιομηχανιών.

Η κρυπτογράφηση λειτουργεί μετατρέποντας ευαίσθητες πληροφορίες σε μορφή μη αναγνώσιμη από οποιονδήποτε δεν κατέχει το κλειδί, έναν κώδικα για την αναδιαμόρφωση και την αποκωδικοποίηση των δεδομένων. Πολλοί από τους σημερινούς αλγόριθμους κρυπτογράφησης βασίζονται σε μονόδρομες συναρτήσεις, οι οποίες είναι πολύ πιο απλές στον υπολογισμό προς μία κατεύθυνση παρά προς την αντίστροφη. Για παράδειγμα, οι υπολογιστές μπορούν να πολλαπλασιάσουν δύο 40ψήφιους πρώτους αριθμούς σε κλάσματα του δευτερολέπτου, αλλά θα χρειαζόταν μια αστρονομική ποσότητα ωμής βίας για να προσδιοριστούν οι παράγοντες από το αποτέλεσμα. Αυτή η δυσκολία αποτελεί τη βάση της ψηφιακής ασφάλειας: Μόλις αυτοί οι αλγόριθμοι κρυπτογραφήσουν τις συμβολοσειρές αριθμών που χρησιμοποιούν οι υπολογιστές για την αναπαράσταση πληροφοριών, η αντιστροφή της λειτουργίας είναι σχεδόν αδύνατη χωρίς το κλειδί.

Ωστόσο, δοκιμάζοντας ταυτόχρονα τεράστιο αριθμό πιθανών λύσεων, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να ξεπεράσουν αυτό το μαθηματικό φράγμα, ειδικά με τη βοήθεια αλγορίθμων που καθιστούν τη διαδικασία πιο αποτελεσματική (αλλά και πάλι πολύ χρονοβόρα για έναν κλασικό υπολογιστή). Ενώ ένας υπερυπολογιστής μπορεί να χρειαστεί εκατομμύρια χρόνια για να «σπάσει» ένα σύγχρονο κρυπτοσύστημα, ένας κβαντικός υπολογιστής με 20 εκατομμύρια qubits θα μπορούσε να κάνει τη δουλειά σε οκτώ ώρες.

Ο αλγόριθμος του Shor, που αναπτύχθηκε από τον Peter Shor το 1994, επιτρέπει σε έναν κβαντικό υπολογιστή να παραγοντοποιεί μεγάλους αριθμούς εκθετικά ταχύτερα από τους κλασικούς υπολογιστές, κάτι που θα έσπαγε τη μαθηματική βάση συστημάτων κρυπτογράφησης όπως το RSA, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως για την ψηφιακή ασφάλεια. 

Η κβαντική υπολογιστική δεν θα αποτελέσει απειλή για την κρυπτογραφία για τουλάχιστον 10 έως 20 χρόνια, σύμφωνα με τους ειδικούς. Αυτοί οι υπολογιστές είναι δύσκολοι στην κατασκευή και τη λειτουργία. Τα τρέχοντα μοντέλα περιέχουν το πολύ 1.000 qubits, χωρίς σαφή τρόπο κλιμάκωσης στους αριθμούς που είναι απαραίτητοι για να σπάσουν τα σημερινά συστήματα κρυπτογράφησης.

Ωστόσο, όπως συμβαίνει με κάθε αναδυόμενη τεχνολογία, οι σημαντικές ανακαλύψεις μπορεί πάντα να είναι επικείμενες. Οι κυβερνήσεις και οι μεγάλες επιχειρήσεις υποστηρίζουν την προσπάθεια κατασκευής κβαντικών υπολογιστών μεγάλης κλίμακας και οι βελτιώσεις συνεχίζουν να εμφανίζονται. 

Η κβαντική υπολογιστική δεν αποτελεί απειλή σήμερα, αλλά οι κακόβουλοι παράγοντες θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν συμβατικές μεθόδους για τη συλλογή δεδομένων εν αναμονή ενός ικανού κβαντικού υπολογιστή. Σε μια στρατηγική που ονομάζεται «συγκομιδή τώρα, αποκρυπτογράφηση αργότερα» (HNDL), οι εισβολείς ενδέχεται ήδη να κλέβουν κρυπτογραφημένες πληροφορίες για να τις αποκωδικοποιήσουν όταν οι κβαντικοί υπολογιστές μεγάλης κλίμακας γίνουν ευρέως διαθέσιμοι.