Quantumcomputers zullen in staat zijn hedendaagse encryptie te ontcijferen. Komt daarmee onze digitale veiligheid in gevaar en liggen straks onze gegevens op straat? Belangrijke vragen waarop de overheid samen met het bedrijfsleven en wetenschappelijke instellingen de komende jaren het antwoord op zal moeten vinden. Dit vraagt om een quantumstrategie.
Beeld: Marnix Klooster
Quantumcomputers zijn een nieuw type computers, die de afgelopen jaren een hele grote sprong in hun ontwikkeling hebben doorgemaakt en straks ongekende mogelijkheden bieden. Ze bezitten een enorme parallelle rekenkracht, waarmee tot nu toe onmogelijke problemen, straks wel opgelost kunnen worden. Zo kunnen met behulp van simulaties bijvoorbeeld nieuwe medicijnen en materialen ontdekt worden. Quantumcomputers zijn ook in staat om een doorbaak te betekenen op het gebied van kunstmatige intelligentie en uiterst complexe optimalisatieproblemen. Quantumcomputers hebben ook een keerzijde: het breken van de hedendaagse encryptie. Nu de ontwikkeling van quantumcomputers in een versnelling zit, lijkt dit een reëel risico te worden.
Quantumcomputers spelen slim in op natuurwetten uit de wonderlijke wereld van de quantummechanica. In plaats van bits, zoals in een traditionele computer, bestaan quantumcomputers uit quantum bits, ofwel qubits. Qubits vormen het (parallelle) werkgeheugen van een quantumcomputer. Met qubits worden de berekeningen gedaan en in de qubits wordt het resultaat ervan opgeslagen. Bits, zoals in een traditionele computer, kunnen één of nul zijn. Qubits, kunnen echter nul en één tegelijkertijd zijn. Het is te vergelijken met een muntje dat opgegooid wordt. Zolang het muntje in de lucht is, is er een kans dat deze op kop of munt valt. Als er twee muntjes opgegooid worden, zijn er al vier mogelijke uitkomsten. Net als bij de muntjes, neemt het aantal mogelijke uitkomsten exponentieel toe bij qubits. Een zeer klein aantal qubits, levert al vele miljarden mogelijkheden. Het aantal qubits is een belangrijke maat voor de kracht van een quantumcomputer.
Encryptie cruciaal
Dat zelfs supercomputers de huidige encryptiemethode RSA niet kunnen kraken, is maar goed ook. Encryptie is namelijk steeds belangrijker geworden. Als we in de supermarkt zijn, kijken we snel op onze smartphone voor het boodschappenlijstje. Daarna pinnen we aan de kassa en laden de boodschappen in de auto. Achter de schermen wordt het boodschappenlijstje naar je telefoon gestuurd vanuit de cloud, de pintransactie wordt naar de bank verzonden en zelfs de auto doet een systeemcheck bij het opstarten. Al deze informatie moet natuurlijk goed beveiligd zijn.
Hoewel encryptie dus sterk genoeg is voor traditionele computers, lijkt dit niet het geval te zijn voor quantumcomputers.Er zijn twee belangrijke maatstaven om te bepalen hoe ver de ontwikkeling van quantumcomputers gevorderd is. Allereerst het aantal qubits dat beschikbaar is. Om RSA te kraken zijn vijf- tot tienduizend perfecte qubits nodig. De grootste bestaande quantumcomputers bevatten echter maar zo’n vijftig qubits.
Een tweede belangrijke maatstaaf, is de stabiliteit van qubits. Omdat qubits snel verstoord worden door hun omgeving, sluipen er fouten in berekeningen met quantumcomputers. Om dit tegen te gaan, worden quantumcomputers gekoeld tot dichtbij de absolute minimumtemperatuur, zo’n min 273 graden Celsius. De fouten die nu gemaakt worden maken dat de toepasbaarheid van quantumcomputers nog beperkt is.
Quantumstrategie
Om je voor te bereiden op de komst van de quantumcomputers is een veel omvattende strategie nodig. Stap één is het evalueren van de risico’s van quantumcomputers binnen de overheid. Mogelijke stappen zijn het inventariseren van gebruikte encryptiemethoden en een inschatting maken van gevoeligheid van de data. Vervolgens zou waar nodig infrastructuur vernieuwd kunnen worden. Verouderde encryptie zal namelijk sneller gekraakt worden. Het updaten van encryptiemethodes geeft daarmee meer ademruimte.
Ook zullen nieuwe ‘quantumproof’ encryptiestandaarden beschikbaar komen. Encryptie waar zelfs een quantumcomputer geen raad mee weet. Hoewel er nog veel ontwikkeling is op het gebied van deze standaarden, is het in sommige gevallen al mogelijk om deze encryptie te implementeren.
Om in de nabije toekomst de juiste kennis in huis te hebben, is het noodzakelijk om nu te beginnen de (on)mogelijkheden te verkennen. Om vervolgens tijdig de digitale veiligheid te garanderen. Met Capgemini kan dat door een ‘vulnerability quick scan’ uit te voeren. Hierbij brengen we in kaart welke data een risico lopen, en formuleren we een (investerings)strategie omtrent quantumsecurity. Vervolgens kunnen de eerste stappen gezet worden tot het implementeren van betere beveiliging. Dit omvat het moderniseren van huidige security, en – waar mogelijk – het implementeren van quantumproof encryptie. Toegang tot de juiste securityleveranciers (zoals aanbieders van encryptiestandaarden, of hardware-securitymodellen) via Capgemini is hierbij een doorslaggevende succesfactor.
Julian van Velzen heeft een achtergrond in numerieke natuurkunde en richt zich op quantumcomputing en cloud services.
Een quantumcomputer is een nieuw revolutionair type computer. Deze computers maken slim gebruik van de natuurwetten uit de quantummechanica, waardoor ze over een enorme parallelle rekenkracht beschikken. Van deze technologie wordt verwacht dat ze een grote impact teweegbrengt op het gebied van optimalisatie, chemie en kunstmatige intelligentie.
Qubits zijn de eenheid van quantuminformatie. Het aantal qubits is een belangrijke, hoewel niet de enige, maat voor de rekenkracht van een quantumcomputer. Qubits zijn het equivalent van bits in een gewone computer.
Encryptie is de versleuteling van digitale gegevens.
