Un tipo radicalmente diverso di tecnologia informatica in fase di sviluppo, noto come informatica quantistica, potrebbe in teoria decodificare comunicazioni sicure e mettere a repentaglio le comunicazioni militari, le infrastrutture critiche e le transazioni finanziarie, avverte il governo federale.

L'amministrazione Biden ha recentemente pubblicato un memorandum sulla sicurezza nazionale sull'informatica quantistica che avverte delle conseguenze dello sviluppo di computer quantistici "capaci di violare gran parte della crittografia a chiave pubblica utilizzata sui sistemi digitali negli Stati Uniti e in tutto il mondo".

Le conseguenze, afferma, potrebbero "mettere in pericolo le comunicazioni civili e militari, minare i sistemi di supervisione e controllo per le infrastrutture critiche e vanificare i protocolli di sicurezza per la maggior parte delle transazioni finanziarie basate su Internet".

I computer quantistici utilizzano un approccio all'informatica fondamentalmente diverso da quelli esistenti oggi, utilizzando le leggi della meccanica quantistica, una branca della fisica che descrive il movimento e l'interazione delle particelle subatomiche, per memorizzare informazioni e risolvere problemi troppo complessi per i computer attuali. I computer quantistici esistono attualmente, ma hanno capacità limitate.

Peter Love, professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia e il Dipartimento di Informatica, concentra la sua ricerca sull'informatica quantistica. Fa parte di un centro chiamato Quantum Systems Accelerator (QSA), che cerca di creare la prossima generazione di computer quantistici e applicarli allo studio di alcuni dei problemi più impegnativi della fisica, della chimica, della scienza dei materiali e altro ancora.

Tufts Now ha parlato con lui del National Security Memorandum e dei potenziali rischi per proteggere le comunicazioni che i computer quantistici potrebbero rappresentare in futuro.

Tufts Now:quando pensi che tali computer quantistici potrebbero essere sviluppati e portati online? Inizierebbe con i governi che hanno prima questa capacità?

Peter Love:L'opinione sensata sarebbe che ci vorrà più di un decennio prima che tali macchine siano disponibili, in modo prudente, molti altri decenni. Fortunatamente, ci sono applicazioni più interessanti, più piccole e più vantaggiose dell'informatica quantistica che possiamo studiare lungo il percorso, così come altre tecnologie quantistiche come il rilevamento e le comunicazioni.

Come fanno i computer quantistici a funzionare molto più velocemente dei computer attuali per poter decrittare comunicazioni precedentemente sicure?

Questa è una domanda profonda e aperta sul campo. Non abbiamo una buona comprensione generale di come si ottiene l'accelerazione quantistica rispetto ai computer convenzionali e generalmente non capiamo quali problemi sono suscettibili di accelerazione quantistica. Questo non dovrebbe sorprendere, in quanto non abbiamo un buon quadro concettuale della meccanica quantistica stessa in termini di concetti classici usati per definire la maggior parte dei problemi computazionali.

Ma quello che abbiamo è un piccolo numero di esempi assolutamente sbalorditivi della potenza dell'informatica quantistica.

La crittografia a chiave pubblica viene utilizzata nella maggior parte delle comunicazioni sicure su Internet. Funziona in questo modo:supponiamo di avere due numeri grandi. Li moltiplico insieme e ti dico la risposta. Sapreste dirmi quali erano i due numeri originali? La durezza di quel problema garantisce la sicurezza del sistema di crittografia a chiave pubblica più diffuso.

Esistono molti esempi di numeri che non possono essere presi in considerazione nonostante vengano offerti grandi premi in denaro. Nel 1994 Peter Shor, allora ai Bell Labs, ora al MIT, pubblicò un algoritmo quantistico in grado di fattorizzare questi grandi numeri, dato un computer quantistico sufficientemente grande. Il modo in cui funziona questo algoritmo quantistico è totalmente estraneo al modo in cui funzionano i migliori algoritmi classici.

Cosa si può fare per garantire che le comunicazioni sicure siano possibili quando un "computer quantistico crittoanaliticamente rilevante", come viene chiamato nel memorandum, è attivo e funzionante?

Ci sono problemi che possono costituire la base dei sistemi crittografici, per i quali abbiamo buone ragioni per credere che l'informatica quantistica non li craccherà. Il National Institute of Standards and Technology federale ha recentemente annunciato i loro ultimi candidati. Questi saranno in uso molto prima che diventi disponibile un grande "computer quantistico crittoanaliticamente rilevante".

Tuttavia, bisogna ricordare che ci sono presumibilmente grandi archivi di segnali crittografati registrati che potrebbero essere piuttosto interessanti da leggere se si potesse decrittografarli.

Infine, è importante ricordare che non ci sono prove che il fattore di problemi come quello utilizzato nei sistemi crittografici RSA, comunemente usati per proteggere le comunicazioni, sia un problema di calcolo difficile, anche per i computer convenzionali. Chissà se i progressi nella teoria dei numeri potrebbero portare a un algoritmo di fattorizzazione classico efficiente che potrebbe rendere inutili i sistemi RSA?

Quindi RSA non è mai stata davvero sicura in quel senso molto stretto. La maggior parte delle persone crede che RSA sia sicuro perché crede che la fattorizzazione sia difficile, perché pensano che i teorici dei numeri siano intelligenti e avrebbero trovato un algoritmo se ce ne fosse uno. Ma questa non è una prova matematica:è solo una scommessa che i teorici dei numeri sono intelligenti come pensano di essere. + Esplora ulteriormente

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