A promessa de trilhões de dólares da computação quântica esconde perigos críticos

A computação quântica apresenta um potencial transformador, juntamente com riscos formidáveis. Gigantes da tecnologia, como IBM, Google, Microsoft e Amazon, lançaram serviços comerciais de nuvem quântica, enquanto empresas especializadas, como Quantinuum e PsiQuantum, alcançaram rapidamente avaliações de unicórnio. Analistas projetam que o mercado global de computação quântica poderá contribuir com mais de US$ 1 trilhão para a economia global entre 2025 e 2035. No entanto, uma questão crítica permanece: os benefícios superam definitivamente os perigos?

Por um lado, esses sistemas avançados podem revolucionar áreas como pesquisa farmacêutica, ciência climática, inteligência artificial e a busca pela inteligência artificial geral (AGI). Por outro lado, eles trazem desafios profundos de segurança cibernética que exigem atenção imediata, mesmo que os computadores quânticos criptograficamente relevantes, capazes de quebrar a criptografia atual, ainda estejam a anos de serem concretizados.

Entendendo o panorama das ameaças da computação quântica

A principal preocupação de segurança cibernética em torno da computação quântica é sua capacidade de quebrar algoritmos de criptografia atualmente considerados inquebráveis. Uma pesquisa da KPMG indica que aproximadamente 78% das empresas americanas e 60% das empresas canadenses prevêem que os computadores quânticos se tornarão comuns até 2030. Mais alarmante ainda, 73% dos entrevistados americanos e 60% dos canadenses acreditam que é apenas uma questão de tempo até que os cibercriminosos aproveitem a computação quântica para comprometer os protocolos de segurança contemporâneos.

A criptografia moderna depende de problemas matemáticos que são praticamente insolúveis por computadores clássicos em um prazo viável. Por exemplo, fatorar os grandes números primos usados na criptografia RSA levaria um computador clássico cerca de 300 trilhões de anos. No entanto, usando o algoritmo de Shor — desenvolvido em 1994 para permitir que computadores quânticos fatorassem grandes números inteiros com eficiência —, um computador quântico suficientemente poderoso poderia resolver esse problema exponencialmente mais rápido.

O algoritmo de Grover, projetado para pesquisa não estruturada, apresenta um desafio significativo para a criptografia simétrica, reduzindo efetivamente pela metade sua força de segurança. Isso significa que a criptografia AES-128 ofereceria segurança comparável a um sistema clássico de 64 bits, tornando-a vulnerável a ataques quânticos. Isso ressalta a necessidade urgente de fazer a transição para padrões mais robustos, como o AES-256, que podem resistir melhor às ameaças quânticas no futuro próximo.

Colher agora, descriptografar depois

A estratégia de ataque “colher agora, descriptografar depois” (HNDL) é particularmente preocupante. Essa abordagem envolve os adversários coletando dados criptografados hoje para descriptografá-los quando a tecnologia quântica amadurecer. Ela representa um risco grave a longo prazo para dados confidenciais com valor duradouro, como registros médicos, informações financeiras, documentos governamentais confidenciais e inteligência militar.

Dado o impacto potencialmente catastrófico dos ataques HNDL, as organizações em todo o mundo que gerenciam infraestruturas críticas devem adotar a “criptoagilidade” — a capacidade de substituir rapidamente algoritmos e implementações criptográficas à medida que novas vulnerabilidades surgem. Essa ameaça é reconhecida no Memorando de Segurança Nacional dos EUA sobre a Promoção da Liderança dos EUA em Computação Quântica e Mitigação de Riscos para Sistemas Criptográficos Vulneráveis, que exige explicitamente contramedidas proativas.

A linha do tempo da ameaça

As previsões para a chegada das ameaças quânticas variam muito entre os especialistas. Um relatório recente do MITRE, com base nas tendências atuais em volume quântico (uma métrica de desempenho fundamental), sugere que um computador quântico poderoso o suficiente para quebrar a criptografia RSA-2048 pode não surgir até cerca de 2055-2060.

Simultaneamente, alguns especialistas estão mais otimistas. Eles argumentam que os recentes avanços na correção de erros quânticos e no design de algoritmos podem acelerar o progresso, possibilitando capacidades de descriptografia quântica já em 2035. Por exemplo, um relatório do final de 2020 dos pesquisadores Jaime Sevilla e Jess Riedel expressou 90% de confiança de que o RSA-2048 poderia ser fatorado antes de 2060.

Embora o cronograma preciso permaneça incerto, o consenso é claro: as organizações devem começar os preparativos imediatamente, independentemente de quando a ameaça quântica se materializar.

Aprendizado de máquina quântico – a caixa preta definitiva?

Além das preocupações atuais com a agilidade criptográfica, pesquisadores de segurança e futuristas se preocupam com a inevitável convergência da IA e dos sistemas quânticos. A tecnologia quântica poderia impulsionar o desenvolvimento da IA, realizando cálculos complexos em velocidades sem precedentes, potencialmente acelerando o progresso em direção à AGI. No entanto, essa sinergia também cria cenários com resultados imprevisíveis.

A questão central é compreensível mesmo sem a IGA. Integrar a computação quântica ao aprendizado de máquina pode criar o problema da “caixa preta definitiva”. As redes neurais profundas já são notoriamente opacas, com processos de tomada de decisão difíceis de interpretar. Embora existam ferramentas para explicar as redes neurais clássicas, o aprendizado de máquina quântico operaria com princípios fundamentalmente diferentes.

O desafio decorre do uso da computação quântica de superposição, entrelaçamento e interferência para processar informações de maneiras sem equivalente clássico. Quando aplicados a algoritmos de ML, os modelos resultantes podem envolver processos praticamente impossíveis de traduzir em raciocínios compreensíveis para os seres humanos. Isso representa uma preocupação significativa para domínios de alto risco, como saúde, finanças e sistemas autônomos, onde a compreensão das decisões da IA é essencial para a segurança e a conformidade regulatória.

A criptografia pós-quântica será suficiente?

Para lidar com as crescentes ameaças quânticas, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos EUA lançou seu projeto de Padronização da Criptografia Pós-Quântica em 2016. Após uma análise abrangente de 69 algoritmos candidatos de criptógrafos globais, o NIST selecionou vários métodos promissores baseados em redes estruturadas e funções hash — problemas matemáticos considerados resistentes a ataques clássicos e quânticos.

Em 2024, o NIST divulgou padrões criptográficos pós-quânticos detalhados, levando as principais empresas de tecnologia a implementar proteções antecipadas. Por exemplo, a Apple introduziu o PQ3, um protocolo pós-quântico para o iMessage, para proteger contra ataques quânticos avançados. Da mesma forma, o Google vem testando algoritmos pós-quânticos no Chrome desde 2016 e os está integrando progressivamente em seus serviços.

Enquanto isso, a Microsoft está avançando nas técnicas de correção de erros de qubit sem perturbar o ambiente quântico, um salto significativo em direção à computação quântica confiável. A empresa anunciou recentemente a criação de um “novo estado da matéria” chamado “qubit topológico”, que poderia acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos totalmente funcionais.

Principais desafios da transição

No entanto, a migração para a criptografia pós-quântica envolve obstáculos substanciais:

• Prazo de implementação: autoridades americanas estimam uma implementação de 10 a 15 anos para novos padrões criptográficos em todos os sistemas, o que é particularmente desafiador para hardware em locais remotos, como satélites, veículos e caixas eletrônicos.
• Impacto no desempenho: a criptografia pós-quântica normalmente requer chaves maiores e operações mais complexas, o que pode retardar os processos de criptografia e descriptografia.
• Escassez de conhecimento técnico: a integração bem-sucedida exige profissionais de TI qualificados em criptografia clássica e quântica.
• Descoberta de vulnerabilidades: mesmo algoritmos pós-quânticos promissores podem conter pontos fracos ocultos, como visto com o algoritmo CRYSTALS-Kyber selecionado pelo NIST.
• Preocupações com a cadeia de suprimentos: Componentes quânticos críticos, como resfriadores criogênicos e lasers especializados, enfrentam riscos decorrentes de tensões geopolíticas e interrupções no fornecimento.

Por fim, o conhecimento tecnológico continua sendo fundamental na era quântica. Embora as empresas adotem a criptografia pós-quântica, a criptografia por si só não pode proteger contra erros humanos, como clicar em links maliciosos, abrir anexos duvidosos ou usar indevidamente o acesso aos dados. Um incidente recente da Microsoft envolveu dois aplicativos que expuseram inadvertidamente chaves de criptografia privadas, demonstrando como erros de implementação podem comprometer uma proteção teoricamente sólida.

Preparando-se para o futuro quântico

As organizações devem tomar várias medidas importantes para se preparar para as ameaças à segurança quântica:

• Realizar um inventário criptográfico: catalogar todos os sistemas que utilizam criptografia e que podem ser vulneráveis a ataques quânticos.
• Avaliar o valor da vida útil dos dados: identificar as informações que requerem proteção a longo prazo e priorizar as atualizações do sistema em conformidade.
• Desenvolver cronogramas de migração: estabelecer cronogramas realistas para a transição de todos os sistemas para a criptografia pós-quântica.
• Alocar recursos adequados: fazer um orçamento para os custos significativos associados à implementação de medidas de segurança resistentes à tecnologia quântica.
• Aprimorar os recursos de monitoramento: implementar sistemas para detectar possíveis ataques HNDL.

O teorema de Michele Mosca fornece uma estrutura para o planejamento da segurança quântica: se X (o tempo que os dados devem permanecer seguros) mais Y (o tempo necessário para atualizar os sistemas criptográficos) exceder Z (o tempo até que os computadores quânticos possam quebrar a criptografia atual), as organizações devem agir imediatamente.

Conclusão

Estamos entrando em uma era de computação quântica acompanhada por sérios desafios de segurança cibernética que exigem ação imediata, mesmo em meio à incerteza sobre sua manifestação completa. Embora os computadores quânticos relevantes para a criptografia possam estar a décadas de distância, os riscos da inação são significativos demais para serem ignorados.

Como Vivek Wadhwa, da Foreign Policy, adverte de forma contundente: “O fracasso do mundo em controlar a IA — ou melhor, as tecnologias rudimentares que se disfarçam como tal — deve servir como um aviso profundo. Uma tecnologia emergente ainda mais poderosa, com potencial para causar estragos, especialmente combinada com a IA, é a computação quântica”.

Para navegar nessa mudança tecnológica, as organizações devem começar a implementar a criptografia pós-quântica, monitorar programas quânticos adversários e proteger a cadeia de suprimentos quântica. É essencial se preparar agora, antes que os computadores quânticos tornem nossa segurança atual obsoleta.

Julius Černiauskas é CEO da Oxylabs.