Feliz Ano Novo Quântico!

22 mar 2017

Caso você seja um dos nossos leitores fiéis e sua memória não tenha sido vítima da amnésia digital, deve se lembrar que uma das principais conclusões do Kaspersky Security Bulletin 2015 foi a previsão de que a criptografia está em crescente risco por conta da computação quântica. Honestamente, acredito que essa previsão está um pouco à frente de nosso tempo, especialmente porque nosso boletim sugeria que isso ocorreria em 2016.
Notícias quânticas

No espaço de poucas semanas, do fim de novembro a dezembro de 2016, aprendemos que a Microsoft está contratando cientistas especialistas em computação quântica e a Intel está dando sinais que pretende transformar chips de silício em processadores quânticos que podem conter milhões de qubits (bits quânticos – unidades de informação quântica). Esses processadores podem ser bastante úteis na construção de algo como uma inteligência artificial baseada em uma rede neural de computadores, teoricamente provada por pesquisador da Universidade de Tohaku no Japão. No começo de janeiro, notícias que a empresa D-Wave, uma das mais conhecidas no ramo, estaria oferecendo gratuitamente softwares para esse tipo de computadores.

Em outras palavras, computadores quânticos estão evoluindo mais rápido do que o esperado. O que isso significa para nós, meros usuários comuns? Isso quer dizer que iremos a lojas comprar um “qMac” até o fim do ano?

Bem, não exatamente. Além do D-Wave, não é nada fácil nomear outro produto de uma universidade que tenha chegado longe na estrada difícil da comercialização laboratorial. Ainda se debate sobre o quão quântico o dispositivo D-Wave é.  Não entrarei em detalhes, deixando que você leia esse post de um colega ou ainda esse artigo incrível.

Aparentemente, computação quântica não é exatamente uma commodity– como os computadores se tornaram em 1980 e 90 graças aos esforços da IBM, Apple, Microsoft, e outros. A complexidade e o preço de um dispositivo baseado em computação quântica são melhores comparados com mainframes, que começaram a aparecer nos anos 50.

No meio do século passado, o maior obstáculo para a adoção de tecnologia não era o hardware em si; mas a capacidade de explorar completamente a versatilidade do novo paradigma da computação, o que precisou de décadas de pesquisa. Mais de três décadas de desenvolvimento tecnológico foram necessários antes que a indústria pudesse florescer no final dos anos 70 com todos os componentes necessários para a emergência dos computadores pessoais – e outras três para que o PCs se tornassem a base da civilização contemporânea.

A Revolução quântica está próxima

A história não se repete, mas por vezes rima. Apesar de se tratar de um passo importante, a abertura do qbsolve do D’Wave para a comunidade de desenvolvedores não é como a emergência da arquitetura x86 da Intel ou da plataforma PC da IBM. Poderia ter rimado com os trabalhos de Alan Turing em 1930, o que implementou as bases do “reconhecimento de máquina” – isso se a IBM não tivesse vindo apenas oito meses depois do anúncio da IBM acerca da IBM Quantum Experience, a qual, na minha opinião, faz um trabalho muito melhor em explicar a computação quântica e como ela pode ser usada na prática.

Confesso que fiquei tão impressionado com o feito da IBM que estou pensando em pedir um acesso de teste, caso quebras de criptografia possam ser executadas com mais agilidade do que com CPU e GPU de sistemas comuns. Para aumentar a admiração, a IBM é uma empresa que testemunhará uma segunda mudança no paradigma da computação em sua vida. Portanto, dada a disparidade em recursos disponíveis, a disponibilização do software é a estratégia correta para a D-Wave intensificar a competição no mercado.

Como vimos nas manchetes, a Intel não está planejando perder a revolução quântica, a Microsoft muito menos. Esse pessoal da velha guarda dos anos 80 tem bastante história de cooperação com pesquisadores explorando as minúcias a respeito dos qubits. Poucos detalhes relacionados aos planos da Intel estão disponíveis, mas se a empresa tiver sucesso na adição dos qubits aos projetos de chips de silício, entraremos em uma nova realidade.

Contudo, parece que os chips quânticos da Intel, bem como os da D-Wave ainda precisam receber resfriamento à base de hélio líquido (quase -300 °C). Isso significa que um QPU de um smartphone por exemplo precisaria ser abrigado em uma instalação do tamanho de um mainframe.

Quântico significa “muito rápido”

A forma mais simples de explicar a mudança no cenário do poder de processamento é fazer uma analogia paralela com computação. Estados de qubits são superposições dos “0” e “1” convencionais, a quantidade desses é limitada apenas da capacidade de resolução do sistema, de modo que é razoável até certo ponto dizer que a informação armazenada em qubits é processada simultaneamente. Isso significa que uma unidade de processamento quântico será diversas grandezas mais poderosa do que uma CPU tradicional.

Bem, a analogia não é perfeita, dado que as operações de um computador quântico não são exatamente as mesmas básicas de álgebra, mas parece que cientistas de computação quântica precisarão de tempo para tirar todas as vantagens possíveis desse novo paradigma da computação, assim como levou décadas com o digital.

No entanto, a questão principal ainda é o que devíamos fazer com esse poder computacional gigantesco? Parece que não precisamos de tudo que há escondido dentro dos dispositivos de hoje para executarmos nossas tarefas corriqueiras, mesmo com os esforços dos desenvolvedores para tornar seus aplicativos o mais multimídia possíveis.

Bem, reconsidere. Já viu uma mensagem do seu aplicativo de mensagens preferido avisando que as conversas agora estão criptografadas? Ou ouviu falar de criptomoedas? – sendo a bitcoin a mais conhecida – ou sobre a tecnologia de blockchain? Sim, estou falando de criptografia e tecnologias embutidas.

Com o recorde de 2016 no que diz respeito a vazamento de informações, criptografia é algo necessário, não apenas no setor corporativo, mas também para consumidores. Criptografia e o processo reverso consumem muitos recursos computacionais. Bem como o processo de produção de bitcoins. Outras implementações da tecnologia do blockchain podem realizar atividades de criptografia em terminais especializados com acesso a recursos computacionais mais expressivos. Na verdade, a produção de bitcoins (bitcoin mining) já é quase ineficaz em PCs comuns – por isso as chamadas fazendas de bitcoins são construídas. Mas essas iniciativas, como tornar a internet das coisas mais segura por meio do blockchain, levou-me a conclusão de que a criptografia será onipresente.

Criptografia na era Quântica

Advinha? Criptografia é o tipo de tarefa para a qual os computadores quânticos serão especialmente úteis.

A computação quântica pode representar a salvação ou o fim desse mundo emergente. Como dissemos no Security Bulletin 2015, criptografia na forma que existe hoje sem dúvida nos levará a ruína. A tese de que “criptografia é um dos poucos campos no qual em caso de conflitos, favorecem a potencial vítima” será contestada pesadamente (sendo gentil) até o ponto em que algoritmos pós computação quântica conquistem seu espaço.

Contudo, esse tipo de algoritmo demandará muito mais poder computacional do que computadores convencionais estão prontos para suprir. Mas, para nossa salvação, a miniaturização e conversão de computadores quânticos em commodities também é iminente, o que significa que esse poder de processamento também estará disponível na frente de defesa contra o atacante. Dessa forma, a guerra infinita entre esses dois polos continuará em um novo nível.

Deixando nosso discurso de segurança da informação de lado, esperamos que os avanços nos computadores quânticos também favoreçam a realidade aumentada virtual, inteligência artificial, e outras aplicações dispendiosas em termos de recursos.

Para concluir: computadores quânticos parecem estar cada vez mais próximos da realidade. Você ainda não pode tocar em um, mas é bom saber que existem plataformas computacionais como o IBM ou D-Wave. Essa espiada requer um certo nível de conhecimento, de modo que a maioria deve ser um pouco mais paciente. Entretanto, com grandes nomes como Intel, IBM, Google e Microsoft colocando seu dinheiro e esforços nessa tarefa, parece inevitável que veremos pelo menos um pouco de resultado prático.