Vždy, keď nakupujete online s kreditnou kartou, inštalujete aktualizáciu do telefónu alebo posielate dôverný súbor kolegovi, internetové bezpečnostné protokoly pomáhajú chrániť vaše údaje. Tieto šifrovacie systémy chránia každý deň miliardy transakcií a komunikácií pomocou algoritmov, ktoré sú pre konvenčné počítače príliš ťažké prelomiť. Dokonca aj hacker ovládajúci najvýkonnejší superpočítač by potreboval milióny rokov, aby prišiel na správny prístupový kľúč.

Ale s novým zariadením nazývaným kvantový počítač by mohli kód prelomiť v priebehu niekoľkých hodín. Hoci tieto stroje majú potenciál pomôcť vedcom objaviť prelomové lieky alebo navrhnúť vysokoúčinné batérie, mohli by tiež umožniť zločineckým syndikátom alebo štátom sponzorovaným hackerom rozbiť základy digitálnej bezpečnosti.

Hoci kvantové počítače nepredstavujú bezprostredné nebezpečenstvo, hrozba je reálna – a rastie. Rozumné je pripraviť sa teraz, nie panikáriť neskôr.

Kvantové počítače sú novým druhom technológie, ktorá využíva princípy kvantovej fyziky na riešenie problémov, ktoré sú pre dnešné počítače mimoriadne ťažké – alebo dokonca nemožné – vyriešiť. Rovnako ako tradičné počítače, aj tieto ukladajú informácie pomocou bitov, ktoré sú zvyčajne reprezentované ako nuly a jednotky.

V bežnom počítači sa tieto bity vytvárajú pomocou elektrických signálov, ktoré sú buď zapnuté, alebo vypnuté. Kvantové počítače však používajú drobné častice nazývané qubity. Vďaka kvantovej vlastnosti nazývanej superpozícia môžu byť qubity súčasne v kombinácii 0 a 1. To umožňuje kvantovým počítačom skúmať viacero možných riešení naraz, a nie jedno po druhom.

Kvantové výpočty sú výkonné, pretože fungujú úplne inak ako konvenčné počítače. Qubity môžu predstavovať viacero možností naraz, čo znamená, že kvantový počítač dokáže spracovať obrovské množstvo potenciálnych riešení súčasne.

To vedie k exponenciálnemu rastu výpočtového výkonu: Každý nový qubit zdvojnásobí počet stavov, ktoré počítač dokáže spracovať. Napríklad dva qubity môžu predstavovať štyri kombinácie, tri qubity osem a 50 qubitov viac ako kvadrilión kombinácií. Vďaka tomu sú kvantové počítače obzvlášť sľubné pre úlohy, ako je simulácia molekúl, prelamovanie šifrovania alebo riešenie zložitých optimalizačných problémov.

Nebezpečenstvo kvantových výpočtov spočíva v tom, že by mohli prelomiť šifrovacie systémy, ktoré chránia náš digitálny svet – vrátane online bankovníctva, e-mailov a zabezpečených webových stránok. Citlivé informácie by boli odhalené, finančné systémy by boli ohrozené a digitálna chrbtica celých odvetví by bola podkopaná.

Šifrovanie funguje tak, že transformuje citlivé informácie do formátu, ktorý nie je čitateľný pre nikoho, kto nemá kľúč, kód na kódovanie a dešifrovanie údajov. Mnohé dnešné šifrovacie algoritmy sa spoliehajú na jednosmerné funkcie, ktoré sa oveľa jednoduchšie vypočítavajú v jednom smere ako v opačnom. Napríklad počítače dokážu vynásobiť dve 40-ciferné prvočísla za zlomok sekundy, ale na určenie činiteľov z výsledku by bolo potrebné astronomické množstvo hrubej sily. Táto ťažkosť tvorí základ digitálnej bezpečnosti: Keď tieto algoritmy zašifrujú reťazce čísel, ktoré počítače používajú na reprezentáciu informácií, zvrátenie operácie je bez kľúča prakticky nemožné.

Súčasným testovaním obrovského množstva možných riešení by však kvantové počítače mohli prekonať túto matematickú bariéru, najmä s pomocou algoritmov , ktoré proces zefektívňujú (ale stále sú pre klasický počítač príliš časovo náročné). Zatiaľ čo superpočítač môže potrebovať milióny rokov na prelomenie moderného kryptosystému, kvantový počítač s 20 miliónmi qubitov by to dokázal za osem hodín.

Shorov algoritmus, ktorý v roku 1994 vyvinul Peter Shor, umožňuje kvantovému počítaču faktorizovať veľké čísla exponenciálne rýchlejšie ako klasické počítače, čo by narušilo matematický základ šifrovacích systémov, ako je RSA, ktorý sa bežne používa pre digitálnu bezpečnosť. 

Podľa odborníkov kvantové výpočty nebudú predstavovať hrozbu pre kryptografiu minimálne 10 až 20 rokov. Tieto počítače sa ťažko zostavujú a prevádzkujú. Súčasné modely obsahujú maximálne 1 000 qubitov, pričom neexistuje jasná cesta k škálovaniu na počet potrebný na prelomenie dnešných šifrovacích systémov.

Avšak, ako pri každej vznikajúcej technológii, prielomy môžu byť vždy na spadnutie. Vlády a veľké podniky podporujú snahu o vybudovanie rozsiahlych kvantových počítačov a neustále sa objavujú vylepšenia. 

Kvantové výpočty dnes nepredstavujú hrozbu, ale zlí aktéri by mohli použiť konvenčné metódy na zber údajov v očakávaní schopného kvantového počítača. V stratégii s názvom „zber teraz, dešifrovanie neskôr“ (HNDL) môžu útočníci už kradnúť šifrované informácie na dekódovanie, keď sa rozsiahle kvantové počítače stanú široko dostupnými.