Desafios e oportunidades do nosso futuro quântico

Por Fabio Rua*

O mundo está à beira de outra revolução computacional que será impulsionada pela convergência de tecnologias poderosas: computação de alto desempenho, inteligência artificial (IA) e computação quântica.

A computação quântica não é simplesmente uma maneira mais rápida de fazer o que os computadores de hoje fazem — é uma abordagem fundamentalmente diferente que promete resolver problemas que a computação clássica nunca pôde resolver de forma realista. Ela mantém a promessa de ajudar a humanidade a enfrentar muitos desafios importantes, desde a solução de questões antigas da ciência até a superação de obstáculos para melhorar a eficiência industrial. Trabalhando em conjunto com computadores clássicos e arquiteturas baseadas em nuvem, os computadores quânticos podem até ser a resposta para problemas com os quais ainda não sonhamos. As oportunidades para a sociedade e a economia são potencialmente ilimitadas.

A computação quântica pode ajudar a agilizar a resposta a futuras pandemias, crises de saúde em andamento e a proliferação de doenças debilitantes que afetam milhões em todo o mundo, por meio de simulações químicas amplamente aprimoradas na descoberta e desenvolvimento de medicamentos. Será capaz de melhorar a precisão da simulação computacional da dinâmica de fluidos, permitindo abordagens de baixo custo para aprimorar os processos de design industrial. E pode ajudar a otimizar estratégias de investimento de portfólio, usando técnicas avançadas de modelagem, que podem analisar melhor o comportamento de mercados financeiros complicados.

O dilema da criptografia

Conforme detalhado em um estudo recente de IBM Research, os avanços na computação quântica acabarão por apresentar um desafio significativo à segurança da informação. O mundo já depende fortemente da criptografia para proteger os dados de infraestruturas críticas e, à medida que fazemos a transição para uma era em que os computadores quânticos se tornam mais onipresentes, as plataformas digitais que estão sendo projetadas e implementadas hoje podem se tornar cada vez mais vulneráveis ​​se a criptografia de segurança de nível quântico não for desenvolvida e adotada ao mesmo tempo.

O mundo ainda está muito longe de possuir computadores quânticos capazes de quebrar a criptografia amplamente usada hoje. E já sabemos como executar uma criptografia resistente a ataques em computadores quânticos. No entanto, esses algoritmos básicos de segurança quântica são apenas o começo. Muitos padrões e protocolos de segurança da indústria precisam ser atualizados para esses novos algoritmos; e os avanços na computação quântica precisarão coincidir com os avanços na criptografia quântica, garantindo que os dados estejam protegidos, atualmente, contra ameaças futuras.

Prepare-se para o futuro, no presente

Os formuladores de políticas e a indústria devem procurar mitigar esses riscos, preparando-se para o futuro no presente.

A IBM está agindo. Nossos pesquisadores estão desenvolvendo soluções criptográficas práticas que são resistentes às ameaças representadas por computadores quânticos. Encontramos vários esquemas criptográficos que são atualmente considerados seguros para a era quântica. Isso inclui criptografia baseada em grade (lattice), hash trees, equações multivariadas e curvas elípticas de isogenia supersingular.

A principal vantagem de tais esquemas de segurança quântica é a ausência de estrutura explorável no problema matemático que um invasor precisa resolver para quebrar a criptografia. Certos esquemas de segurança quântica são à prova de futuros contra-atacantes particularmente pacientes que armazenam as mensagens criptografadas de suas vítimas hoje para descriptografá-las com métodos mais poderosos no futuro. Outros esquemas podem permitir tecnologias que mudam o jogo, como criptografia totalmente homomórfica, na qual os dados podem ser diretamente computados em sua forma criptografada, bloqueando uma estratégia comum dos invasores de permanecer no sistema de computador da vítima até que os dados confidenciais tenham que ser descriptografados para realizar cálculos.

Prontidão Quântica

Empresas e governos visionários estão se preparando para um futuro de computação quântica e se posicionando para aproveitar os muitos benefícios dessa tecnologia. Administrações públicas, pesquisadores, acadêmicos e a indústria precisarão trabalhar juntos em políticas para acelerar a adoção de novos currículos educacionais, financiar pesquisa e desenvolvimento, criar novos canais de talentos e muito mais.

Enquanto os governos procuram liderar a computação quântica, os formuladores de políticas devem considerar as seguintes recomendações:

• Os governos devem recomendar agora a adoção de criptografia segura para computação quântica, para enfrentar ameaças futuras aos dados que são criptografados hoje;
• As organizações de desenvolvimento de normas e seus membros devem acelerar os esforços em torno de novos esquemas criptográficos seguros na era quântica e priorizar os fluxos de trabalho para estabelecer uma infraestrutura quântica segura;
• As agências governamentais devem acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos por meio de investimentos significativos, sustentados e focados a longo prazo na ciência da informação quântica para garantir que sua nação esteja posicionada na vanguarda da corrida da computação quântica;
• As agências governamentais devem apoiar a implantação rápida de sistemas quânticos avançados e confiáveis, e estar entre os primeiros a adotar, para ajudar a impulsionar o desenvolvimento e permitir um ecossistema para pesquisa, desenvolvimento e comercialização de software e algoritmos;
• Os governos devem promover uma estrutura colaborativa que envolva laboratórios nacionais, universidades, indústria e parceiros internacionais para o avanço da tecnologia e construção de vantagem competitiva;
• Os governos devem ajudar a construir um ecossistema de tecnologia e uma cadeia de suprimentos robusta para a indústria quântica e promover a educação e o treinamento da força de trabalho necessários para tornar a indústria sustentável;
• As organizações de desenvolvimento de normas devem priorizar a atualização de padrões relevantes para o sistema, como os da indústria de infraestrutura crítica e do setor financeiro.

*Fabio Rua é Government and Regulatory Affairs Director, IBM América Latina

** Este texto é uma adaptação do blog post assinado por Ryan Hagemann, Codiretor, IBM Policy Lab & Zaira Nazario, Líder Técnica, Teoria Quântica, Algoritmos e Aplicativos, IBM Quantum, que pode ser acessado aqui.