Quantencomputer mit 20 Millionen Qubits könnte 2048-Bit-Verschlüsselung in 8 Stunden knacken

• Forscher entwickeln einen neuen Quantenalgorithmus, der weniger Ressourcen benötigt, um Code-Breaking-Berechnungen durchzuführen.
• Ein 20-Millionen-Qubit-Quantencomputer, der auf diesem Algorithmus läuft, würde nur 8 Stunden brauchen, um die 2.048-Bit-RSA-Verschlüsselung zu knacken.

Es ist sicher, dass Quantencomputer in der Lage sein werden, bestehende Verschlüsselungscodes zu knacken, mit denen geheime Nachrichten gesendet werden. Diese Verschlüsselungstechniken waren nie vollständig zuverlässig. Stattdessen hängen sie von komplexen mathematischen Funktionen ab, die nur in eine Richtung arbeiten, was die Verschlüsselung von Informationen erleichtert.

Die Sicherheit solcher Techniken basiert auf der Zeit, die ein klassischer Computer benötigt, um die Informationen zu entschlüsseln. Moderne Verschlüsselungstechniken sind nahezu unzerbrechlich, da heutige Computer Tausende von Jahren brauchen würden, um ihren Code zu entschlüsseln.

Quantencomputer könnten diesen Code jedoch problemlos knacken, und diese Maschinen sind der Realität viel näher als erwartet.

Vor kurzem haben Forscher von Google und dem KTH Royal Institute of Technology in Schweden eine effizientere Technik entwickelt, mit der Quantencomputer geheime Nachrichten entschlüsseln können. Es würde es Quantencomputern ermöglichen, weniger Ressourcen zu verwenden, um Code-Breaking-Berechnungen durchzuführen.

Quantencomputer werden immer leistungsfähiger

1994 entwickelte der amerikanische Mathematiker Peter Shor einen Quantenalgorithmus, um große Zahlen exponentiell schneller zu faktorisieren als die besten existierenden Algorithmen, die auf einem klassischen Computer laufen. Er schlug vor, dass eine ausreichend leistungsfähige Quantenmaschine moderne Verschlüsselungstechniken mit Leichtigkeit durchbrechen könnte.

In den letzten zehn Jahren wurden viele Fortschritte im Quantencomputing erzielt. Im Jahr 2012 konnten Wissenschaftler mit einem 4-Qubit-Quantencomputer „143“ faktorisieren. Zwei Jahre später verwendeten sie eine ähnliche Maschine, um „56153“ zu faktorisieren.

Angesichts der Geschwindigkeit des Fortschritts werden Quantencomputer die heutigen Computer schon bald übertreffen können. Zumindest hatten Wissenschaftler das vor einigen Jahren erwartet.

Es stellt sich heraus, dass das Faktorisieren großer Zahlen in Quantenmaschinen viel schwieriger ist als erwartet. Dies ist auf das erhebliche Rauschen in großen Quantencomputern zurückzuführen. Das Problem könnte durch die Verwendung von fehlerkorrigierenden Codes angegangen werden, die ihrerseits zusätzliche Qubits erfordern.

Referenz:arXiv:1905.09749 | MIT-Technologieüberprüfung

Unter Berücksichtigung dieses Rauschfaktors würde ein Quantencomputer eine Milliarde Qubits benötigen, um 2048-Bit-Zahlen zu faktorisieren (oder um eine 2048-Bit-RSA-Verschlüsselung zu entschlüsseln). Die heutigen universellen Quantencomputer verfügen jedoch nur über 70 Qubits.

Modulare Exponentiation

Der neue Algorithmus ermöglicht es Quantencomputern, diese Berechnungen mit nur 20 Millionen Qubits durchzuführen. Tatsächlich haben Forscher gezeigt, dass ein Quantengerät, das mit diesem neuen Algorithmus läuft, nur 8 Stunden brauchen würde, um die 2.048-Bit-RSA-Verschlüsselung zu knacken.

Ihre Methode führt eine modulare Exponentiation – eine Art von Exponentiation, die über einen Modul ausgeführt wird – auf effiziente Weise durch. Diese mathematische Operation ist im Shor-Algorithmus rechenintensiv.

Forscher haben verschiedene Möglichkeiten gefunden, diesen Vorgang zu optimieren, wodurch die zur Ausführung des Algorithmus erforderlichen Ressourcen drastisch reduziert werden.

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Obwohl ein Quantencomputer mit 20-Millionen-Qubit in naher Zukunft nicht realisierbar ist, müssen sich Sicherheitsexperten eine neue Form der Verschlüsselung ausdenken, die selbst ein leistungsfähiger Quantencomputer nicht kann zu knacken.