Walaupun komputer kuantum telah menjadi tajuk utama kerana potensinya untuk memecah penyulitan moden, realitinya jauh lebih kompleks daripada gembar-gembur yang dicadangkan. Analisis terkini mendedahkan cabaran teknikal yang sangat besar yang masih menghalang antara komputer kuantum hari ini dengan keupayaan untuk memecah nombor yang berguna secara kriptografi.
Perbincangan tertumpu pada soalan asas: jika komputer kuantum bergelut untuk memfaktorkan nombor mudah 21, bagaimanakah mereka boleh mengancam sistem penyulitan dunia sebenar? Perbandingan ini menyerlahkan jurang besar antara keupayaan semasa dan keperluan untuk memecah penyulitan yang digunakan dalam aplikasi harian.
Skala Cabaran
Memecah penyulitan yang benar-benar penting memerlukan kuasa pengiraan yang hampir tidak dapat dibayangkan. Untuk memfaktorkan nombor RSA 2048-bit - jenis yang digunakan untuk menjamin perbankan dalam talian dan komunikasi - penyelidik menganggarkan memerlukan kira-kira 7 bilion gerbang Toffoli dan sekitar satu juta qubit fizikal. Ini mewakili peningkatan yang mengejutkan daripada beribu-ribu gerbang yang diperlukan hanya untuk memfaktorkan 21.
Keperluan pembetulan ralat kuantum menjadikan ini lebih menakutkan lagi. Setiap qubit logik yang diperlukan untuk pengiraan mesti dibina daripada beratus-ratus atau beribu-ribu qubit fizikal untuk mengekalkan kestabilan. Dengan kadar ralat semasa sekitar 0.01% untuk sistem kuantum terbaik, overhed menjadi sangat besar apabila meningkatkan skala kepada masalah yang relevan secara kriptografi.
Gerbang Toffoli adalah sejenis gerbang logik kuantum yang melakukan operasi boleh balik, penting untuk algoritma kuantum seperti algoritma Shor yang digunakan dalam pemfaktoran.
Keperluan Pemfaktoran RSA 2048-bit:
- Anggaran get yang diperlukan: ~7 bilion get Toffoli
- Kubit fizikal yang diperlukan: ~1 juta
- Pembetulan ralat: Kod permukaan jarak 25
- Kubit logik: ~1,400
- Anggaran masa pengiraan: ~1 minggu (dengan andaian jam 1MHz)
Semakan Realiti Garis Masa
Walaupun menghadapi cabaran teknikal, garis masa untuk komputer kuantum yang mampu memecah penyulitan masih diperdebatkan dengan hangat. Sesetengah pakar menunjukkan bahawa 75 tahun lagi tinggal dalam abad ini - satu kekekalan dalam istilah teknologi. Perbandingan dengan kemajuan pengkomputeran klasik adalah menarik: kita berubah daripada komputer sebesar bilik kepada telefon pintar dalam jangka masa yang sama.
Walau bagaimanapun, yang lain menyatakan perbezaan penting antara penskalaan klasik dan kuantum. Komputer digital menjadi lebih berkuasa hanya dengan menjadikan komponen lebih kecil dan menambah lebih banyak daripadanya. Komputer kuantum menghadapi kerumitan yang meningkat secara eksponen apabila mereka berkembang, dengan bunyi dan kadar ralat yang memperumitkan cabaran.
Abad ini mempunyai 75 tahun lagi, dan itu adalah kekekalan dalam masa teknologi. 75 tahun yang lalu kecanggihan dalam komputer klasik adalah Univac.
Perbandingan Garis Masa Kuantum vs Klasik:
- Kemajuan pengkomputeran klasik: UNIVAC (1951) hingga komputer moden (75 tahun)
- Kemajuan penerbangan: Penerbangan pertama (1903) hingga pendaratan bulan (1969) - 66 tahun
- Keadaan kuantum semasa: Boleh memfaktorkan nombor kecil seperti 15 dan 21 dengan pengoptimuman yang ketara
Respons Kriptografi
Komuniti kriptografi tidak menunggu untuk mengetahui bila komputer kuantum mungkin tiba. Piawaian kriptografi pasca-kuantum sudah sedang digunakan, direka untuk menentang serangan daripada kedua-dua komputer klasik dan kuantum. Pendekatan proaktif ini bermakna walaupun jika komputer kuantum mencapai skala yang diperlukan, sebahagian besar infrastruktur digital kita sudah akan dilindungi.
Tumpuan pada penyulitan tahan kuantum mencerminkan prinsip utama dalam keselamatan siber: bersiap sedia untuk ancaman teori sebelum ia menjadi praktikal. Walaupun komputer kuantum semasa tidak dapat memecah penyulitan, asas matematik untuk serangan sedemikian wujud, menjadikan peralihan kepada sistem tahan kuantum sebagai langkah berjaga-jaga yang bijak.
Had Semasa Komputer Kuantum:
- Kadar ralat get terbaik: <0.01%
- Pemfaktoran 21 memerlukan: 2,405 get berjalin
- Peningkatan kos daripada pemfaktoran 15 kepada 21: ~115x
- Unjuran kos untuk pemfaktoran nombor yang lebih besar: ~500x bagi setiap peningkatan yang serupa
Melangkaui Pemecahan Penyulitan
Menariknya, bidang pengkomputeran kuantum mungkin menemui aplikasi paling berharganya di luar kriptografi sepenuhnya. Simulasi kimia kuantum, masalah pengoptimuman, dan aplikasi pembelajaran mesin boleh memberikan faedah praktikal lama sebelum komputer kuantum menjadi cukup besar untuk mengancam sistem penyulitan.
Laluan pembangunan untuk pengkomputeran kuantum nampaknya sedang menyimpang, dengan aplikasi khusus menunjukkan janji manakala komputer kuantum universal yang diperlukan untuk pemfaktoran berskala besar kekal bertahun-tahun atau berdekad-dekad lagi. Ini menunjukkan bahawa revolusi kuantum mungkin tiba secara beransur-ansur, dalam domain tertentu, bukannya sebagai terobosan mendadak yang memecah semua penyulitan semalaman.
Rujukan: Algorithms, Assertions Why haven't quantum computers factored 21 yet?