Máy tính lượng tử đối đầu hacker: Hiệp 1 bắt đầu

Tuần trước D-Wave, một hãng đi đầu trong một lĩnh vực điện toán lượng tử mới mẻ, đã tiết lộ cỗ máy mới nhất của mình, D-Wave 2000Q, cũng như khách hàng đầu tiên của nó: hãng bảo mật có tên gọi Temporal Defense Systems. Đây là lần đầu tiên, máy tính lượng tử được sử dụng để chống lại tội phạm mạng, và nếu nó thành công, nó có thể tái định hình quá trình các nhà phân tích bảo mật bảo vệ mạng lưới của mình.

Máy tính lượng tử - một khái niệm khác biệt

Hiện nay, trong các máy tính chúng ta sử dụng hàng ngày, một bit thông tin lưu trữ dưới dạng 1 hoặc 0, và đó là cách dữ liệu của chúng ta được chuyển thành dạng số hóa. Các thiết bị điện toán lượng tử lại đi theo hướng khác khi sử dụng các đặc tính của cơ học lượng tử, như tính vướng mắc và sự chồng chất của lượng tử, để lưu trữ đồng thời cả 1 và 0 trong một đơn vị được gọi là qbit. Với nhiều dữ liệu hơn trong mỗi qbit, về lý thuyết các máy tính lượng tử có thể tính toán nhanh hơn gấp nhiều lần so với các thiết bị hiện tại.

Máy tính lượng tử của D-Wave với hệ thống giảm chấn và làm lạnh bên trong.

Nhưng rất khó để tạo ra các máy tính lượng tử, và các tính năng của chúng vẫn còn hạn chế so với tiềm năng lý thuyết trong lĩnh vực này. Các thiết bị cần phải được cô lập hoàn toàn khỏi những nhiễu động bên ngoài như các rung lắc hay sóng radio, như vậy các qbit có thể duy tri được trạng thái lượng tử của mình mà không bị “decohering” (bị tách rời nhau) – dẫn đến mất đi các tính năng đặc biệt của chúng và trở về đặc điểm như cơ học cổ điển.

Để tạo ra sự cách ly này, các nhà sản xuất sử dụng các thiết bị đặc biệt như các bộ giảm chấn và môi trường siêu lạnh (gần đến độ 0 tuyệt đối, khoảng 0,02 độ Kelvin) để cô lập các chip máy tính lượng tử. Nhưng ngay cả khi một thiết bị có thể duy trì được trạng thái gắn kết với nhau ở mức độ lớn, dữ liệu lượng tử tạo ra vẫn rất thiếu tính bền vững, vì vậy các lỗi rất dễ xảy ra.

Cho dù vậy, tiềm năng của nó vẫn là điều không thể bỏ qua. Các khách hàng cho những phiên bản máy tính đầu tiên của D-Wave đều từ Lockheed Martin cho đến Google hay cả Phòng thí nghiệm Quốc gia Alamos của Mỹ. Còn hiện giờ là TDS, một hãng an ninh mạng đang xây dựng các sản phẩm phần cứng và phần mềm bảo mật, sẽ là khách hàng đầu tiên trong lĩnh vực bảo mật tìm đến điện toán lượng tử để cải thiện kết quả hoạt động của mình.

Bước nhảy với ngành bảo mật

Các chuyên gia cho rằng những máy tính lượng tử có thể phá vỡ những phương pháp mã hóa vững chắc nhất đang được sử dụng phổ biến hiện nay, việc gia tăng đáng kể tốc độ xử lý cuối cùng sẽ cho phép họ bẻ khóa ngay cả các giao thức điện toán khó giải quyết nhất.

Cho dù vậy, mối quan tâm tới những phiên bản máy tính lượng tử thương mại đầu tiên chủ yếu tập trung vào lĩnh vực phòng thủ hay xa hơn nữa là giúp các nhà phân tích bảo mật không chỉ xác định được các sự cố, mà còn quyết định xem sự cố nào có thể là một mối đe dọa thực sự.

IBM ước tính rằng các công ty phải sàng lọc trung bình khoảng 200.000 sự cố bảo mật mỗi ngày, và chắc chắn một nhóm bảo mật là không đủ để xử lý khối lượng công việc đó, cũng như lượng dữ liệu sản sinh thêm theo thời gian sẽ thách thức các máy tính truyền thống.

Các giải pháp về AI đang nỗ lực giải quyết vấn đề này, đáng chú ý trong số đó là siêu máy tính Watson của IBM. Vì vậy, việc ai đó muốn áp dụng điện toán lượng tử để bảo mật dữ liệu có lẽ là điều không thể tránh khỏi. Các máy tính của D-Wave có thể phân tích một lượng lớn dữ liệu và tối ưu hóa các vấn đề nhanh hơn những máy tính kỹ thuật số truyền thống.

TDS hy vọng điều đó chuyển dịch thành mô hình mạng lưới tốt hơn nhằm cải thiện khả năng tìm ra vị trí và nguyên nhân của các lỗ hổng đang tồn tại, và mô hình hóa mối đe dọa mạnh mẽ hơn để xác định các rủi ro và dành ưu tiên cho việc tìm ra cách giải quyết chúng. Trong khi đó, một số người khác như các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Maryland đang thử nghiệm ý tưởng sử dụng máy tính của D-Wave để phân loại malware.

Hiện tại, các máy tính của D-Wave chưa thể tìm cách giải quyết tất cả các thuật toán, nhưng một vài bằng chứng chỉ ra rằng chúng có thể xử lý việc phân tích dữ liệu lớn và tối ưu các vấn đề nhanh hơn máy tính kỹ thuật số truyền thống khi đưa chúng các tác vụ phù hợp. Cho dù ở những phiên bản trước, các nhà nghiên cứu bên thứ ba không xác nhận một cách chắc chắn những lời thổi phồng về ưu thế tốc độ của D-Wave với các máy tính truyền thống.

Chiếc máy tính D-Wave 2X với tốc độ nhanh hơn những chiếc PC hàng triệu lần.

Đối với thế hệ máy tính mới này, D-Wave cho biết “khi chạy các thuật toán chuyên môn cao, hệ thống 2000Q vượt trội các máy chủ cổ điển tinh vi nhất từ 1.000 đến 10.000 lần”. Tại giai đoạn đầu của ngành công nghiệp này, khi điện toán cổ điển vẫn có vai trò chủ đạo và điện toán lượng tử mới chỉ bắt đầu, việc nghiên cứu với các loại vấn đề cụ thể, như mô hình an ninh mạng, có thể sẽ rất hữu ích cho việc xác định các bối cảnh khi các thuật toán lượng tử có thể mang đến các kết quả nhanh hơn, tốt hơn điện toán cổ điển.

Theo ý nghĩa đó, đóng góp giá trị nhất của chiếc máy tính 15 triệu USD, D-Wave 2000Q, rõ ràng hơn nhiều so với các đặc điểm phức tạp kỹ thuật phức tạp của nó, ít nhất cho lĩnh vực an ninh mạng: đó là tốc độ. Và đó là lĩnh vực mà khả năng xử lý nhanh chóng một lượng lớn dữ liệu là điều quan trọng nhất.

Theo Kevin Curran, một nhà nghiên cứu bảo mật tại Đại học Ulster và là thành viên cấp cao của IEEE. “Điện toán lượng tử chắc chắn sẽ được áp dụng ở bất cứ nơi nào chúng ta đang sử dụng máy học, điện toán đám mây, phân tích dữ liệu. Trong ngành bảo mật, điều đó có nghĩa là phát hiện các đối tượng xâm nhập, tìm kiếm các mô hình dữ liệu, và các hình thức phức tạp hơn của điện toán song song.”

Con chip lượng tử chứa 2.000 qbit trong máy tính của D-Wave.

Tương lai tiếp theo là gì

Mặc dù vậy, sự phối hợp giữa điện toán lượng tử và an ninh mạng không có nghĩa là công nghệ này đã sẵn sàng để trở nên phổ biến. Trong khi cộng đồng bảo mật ngày càng đồng thuận rằng những chiếc máy tính D-Wave thực sự tận dụng được lợi thế của các cỗ máy lượng tử, nhưng việc tạo ra được những chiếc máy tính lượng tử thực sự vẫn là một thách thức lớn hơn nhiều những cải thiện về tốc độ so với các máy tính nhị phân truyền thống mạnh nhất.

Và bất chấp việc cộng đồng bảo mật, hay bất kỳ nhóm nào khác, nhiệt tình như thế nào trong việc chấp nhận điện toán lượng tử, sẽ cần một thời gian nữa để tạo ra các cơ sở hạ tầng hỗ trợ công việc này.

“Đó là một kỹ năng hiếm hoi trên thị trường hiện tại.” Curran cho biết. “Chúng ta phải đào tạo một thế hệ nhà phát triển hoàn toàn mới, những người có thể lập trình các máy tính lượng tử và phát triển các thuật toán, vì nó hoàn toàn khác với máy tính cổ điển.”

Như Chủ tịch quốc tế của D-Wave, ông Bo Ewald cho biết, hiện tại vẫn là những ngày đầu cho an ninh mạng hay bất kỳ ứng dụng nào khác trên điện toán lượng tử. “Nói chung, dù là máy tính của D-Wave hay một máy tính lượng tử chính thức nào khác, nếu chúng ta có thể giải quyết các vấn đề phân tích dữ liệu hay các vấn đề tối ưu hóa nhanh hơn so với những máy tính cổ điển nổi tiếng nhất, đó sẽ là tin tức tuyệt vời.” Michele Mosca, đồng sáng lập của Viện Điện toán lượng tử tại Đại học Warterloo.

Tại thời điểm này, điện toán lượng tử còn xa mới là một công cụ hữu dụng, và nó chỉ là một trong số ít các giải pháp điện toán thế hệ tiếp theo được áp dụng cho những vấn đề an ninh mạng gai góc. Cho dù vậy, khi nó có càng nhiều cơ hội được thay đổi thế giới, nó càng có nhiều khả năng để trở thành hiện thực.

Theo Wired