Dem Rätsel der Quantenentschlüsselung auf der Spur: Fortschritte und Herausforderungen der Quantencomputer

BerlinQuantencomputer könnten Verschlüsselungsmethoden knacken, die bisher als sicher galten. Während herkömmliche Computer Probleme haben, große Zahlen zu faktorisieren, könnten Quantencomputer diese Aufgaben mithilfe von Shor's Algorithmus schnell lösen. Der Bau praktikabler Quantencomputer gestaltet sich jedoch schwierig, da sie enorme Ressourcen benötigen.

In den letzten Jahren haben Forscher bedeutende Fortschritte in zwei entscheidenden Bereichen gemacht:

• Entwicklung größerer Quantencomputer
• Verbesserung von Algorithmen für kleinere Quantenkreise

Oded Regev von der New York University schlug eine Methode vor, um den Algorithmus von Shor zu beschleunigen, was jedoch mehr Speicher erforderte. Forscher am MIT entwickelten daraufhin einen verbesserten Algorithmus, der Regevs Geschwindigkeit beibehält, dabei aber den Speicher effizienter nutzt, wie Shor es vorgemacht hat. Dieser neue Algorithmus benötigt weniger Qubits und ist robuster gegenüber Quantenrauschen. Diese Verbesserungen könnten dazu beitragen, Quantencomputer zu entwickeln, die echte kryptografische Probleme lösen können.

Das Knacken der RSA-Verschlüsselung könnte gravierende Folgen haben. RSA bildet einen wesentlichen Bestandteil der modernen sicheren Kommunikation und ist schwer zu durchbrechen, da es das Faktorisieren großer Zahlen erfordert. Mit Shors Algorithmus könnte diese Sicherheit durch den Einsatz eines Quantencomputers gefährdet werden, da er das Faktorisieren dieser Zahlen ermöglichen würde. Doch der Bau eines Quantencomputers, der leistungsfähig genug dafür ist, bleibt eine erhebliche technische Herausforderung.

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Die größten Quantencomputer verfügen heute über etwa 1.100 Qubits, doch Experten schätzen, dass rund 20 Millionen Qubits erforderlich sind, um Shors Algorithmus effektiv für das Knacken von Verschlüsselungen zu nutzen. Die neue Methode des MIT geht einige dieser Herausforderungen an, indem sie die Anzahl der benötigten Quantentore reduziert, was von Bedeutung ist, da jedes Tor Rauschen hinzufügt.

Das MIT-Team konzentriert sich auch darauf, Fehler zu beheben, da Quantencomputer nahezu fehlerfrei funktionieren müssen, um präzise zu bleiben. Sie haben eine neue Methode entwickelt, um Fehler zu reduzieren, was ihre Algorithmen für reale Quantenmaschinen praktikabler macht.

Es gibt immer noch wichtige Fragen zu beantworten. Eine zentrale Frage ist, ob diese Verbesserungen es ermöglichen werden, große Zahlen zu faktorisieren, die in der modernen Verschlüsselung verwendet werden, wie die 2.048-Bit-Zahlen in der RSA-Verschlüsselung. Obwohl diese Techniken vielversprechend sind, ist noch mehr Arbeit nötig, bevor sie in realen Sicherheitssystemen eingesetzt werden können.

Diese Forschung, präsentiert auf der Internationalen Kryptologiekonferenz 2024, zeigt Fortschritte im Bereich der Quantencomputing. Verbesserungen bei Algorithmen und Fehlerkorrektur machen Quantencomputer praktisch anwendbarer. Die größte Herausforderung besteht darin, diese Fortschritte auf ein Niveau zu skalieren, das aktuelle Verschlüsselungsmethoden beeinflussen kann.