Dieses Jahr könnten Quantencomputer den Durchbruch erleben. 2020 machte die Technologie große Fortschritte und wir sind der Meinung, dass sie 2021 kurz vor der Realisierung stehen wird. Die Vorbereitung auf Post-Quanten-Sicherheit wird allerdings länger dauern, als Sie vielleicht annehmen. Deshalb sollten Sie bereits jetzt anfangen, Ihr Unternehmen zu schützen.

Wir fassen die größten Fortschritte in der Quantentechnologie 2020 zusammen und geben unsere Tipps für 2021 ab.

Fortschritte 2020

2020 war ein bewegtes Jahr: Viele von uns wechselten ins Homeoffice, doch die Entwicklungsarbeit in der Quantentechnologie bremste das nicht. Im Folgenden listen wir einige „Quantensprünge“ des Jahres 2020 in chronologischer Reihenfolge auf.

März

• Forscher des U.S. Army Research Laboratory entwickelten einen Quantensensor zur Erfassung von Kommunikationssignalen im gesamten Radiofrequenzbereich.

Juni

• Wissenschaftler schrieben Geschichte, indem sie im Weltall den fünften Aggregatzustand der Quantenmechanik beobachteten.

Juli

• Gemeinsam mit führenden japanischen Universitäten und Unternehmen plant IBM die Entwicklung von Quantencomputern für den Einsatz im Finanzwesen, bei der Materialentwicklung und in Unternehmensanwendungen.

August

• Dr. Robin Harper und andere Forscher vom University of Sydney Nano Institute überwanden eines der größten Hindernisse für großformative Quantencomputer. Dies gelang durch die Entwicklung eines systemweiten Algorithmus zur Charakterisierung von Rauschen (auch Interferenzen oder Instabilitäten genannt).
• Außerdem veröffentlichte das ETSI neue Strategien und Empfehlungen für die Umstellung auf quantensichere Systeme.
• Studenten der University of Chicago fanden heraus, wie sich Quantenzustände 10.000-mal länger halten lassen.
• Österreichische und chinesische Wissenschaftler taten sich zusammen und teleportierten erstmals dreidimensionale Quantenzustände.

September

• Google erreichte einen Meilenstein in der Quantentechnologie, als sein Quantencomputer eine chemische Reaktion simulierte. Damit ist der Weg in die Quantenchemie und weitere Entdeckungen/Erfindungen geebnet.
• IBM kündigte seinen Fahrplan in die Zukunft der Quantentechnologie an. Dieser sieht vor, dass das Unternehmen bis 2023 einen 1.000-Qubit-Quantencomputer fertigstellen wird.

Oktober

• IonQ stellte einen Quantencomputer mit 32 perfekten Qubit mit geringer Fehlerwahrscheinlichkeit vor. Das veranschlagte Quantenvolumen (d. h. die Leistungsfähigkeit der Maschine) liegt bei mehr als 4 Millionen.
• IBM kündigte an, seine IT-Dienste zugunsten von Cloud Computing und Quantencomputern aufzugeben.
• Das US-amerikanische Accredited Standards Committee (ASC X9) gab einen neuen Standard für den Gebrauch digitaler Signaturen in der Public-Key-Verschlüsselung heraus.
• Die ebenfalls US-amerikanische National Quantum Initiative veröffentlichte einen Bericht über die Quanteninformatikstrategie des Landes.

November

• Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik testeten Quantenmechanik mit beinahe doppelter Genauigkeit, als dies bisher mit Wasserstoffspektroskopie möglich war. Der erfolgreiche Test ist ein Schritt hin zur Lösung des Rätsels um die Größe des Protons.

Prognosen für 2021

Da dieses Jahr große Schritte hin zu praktischen, umfangreichen Anwendungen für Quantencomputer gemacht wurden, lautet die naheliegendste Prognose für 2021, dass es mit den Fortschritten weitergehen wird. Mit dieser Prognose kann man kaum falschliegen. Eines der oben genannten Unternehmen wird 2021 wahrscheinlich verkünden, mit einem Quantencomputer ein praxisrelevantes Problem gelöst zu haben, an dem herkömmliche Supercomputer scheitern.

Quantenüberlegenheit, also die Fähigkeit von Quantencomputern, herkömmliche Supercomputer beim Lösen von Problemen zu überflügeln, ist der nächste Meilenstein in der Entwicklung kommerziell nutzbarer Quantencomputer. Dieses Konzept allein heißt aber nicht, dass Verschlüsselungsmethoden wie RSA oder ECC kapitulieren können, denn Verschlüsselungsalgorithmen zu knacken, erfordert recht große Quantencomputer, und diese wird es 2021 noch nicht geben. Doch die Fähigkeit, praktische Probleme zu lösen, wird den Investitionszufluss in die Entwicklung besserer Quantencomputer verstärken. Dieses sich selbst verstärkende System entspricht der Mooreschen Gesetzmäßigkeit, wonach herkömmliche Computer jedes Jahr exponentiell leistungsfähiger wurden.

Änderungen in der kryptografischen Praxis dauern ihre Zeit, oftmals Jahrzehnte. Deshalb müssen Unternehmen jetzt anfangen, sich auf eine Zeit vorzubereiten, in der ausreichend große Quantencomputer verfügbar sind. Normungsinstitute und Sicherheitsexperten sind bereits fleißig dabei, ein Fundament für diesen Wandel zu legen. In einem Workshop stellte das US-Normungsinstitut NIST (National Institute for Standards and Technology) vor Kurzem Überlegungen zur Umstellung auf Algorithmen der Post-Quanten-Kryptografie vor. Sicher wird es Ende 2021 einige ausgewählte Algorithmen zur Normung heranziehen. Hoffentlich wird dies dazu führen, dass diese Algorithmen praktische Anwendung finden.

Die Fortschritte des Jahres 2020 bringen uns der Ära der Quantencomputer näher. 71 % der IT-Profis halten das Quanten-Computing für eine extreme Bedrohung, die vor unserer Tür steht. Wenn sich Ihr Unternehmen nicht jetzt schon darauf vorbereitet, wird es 2021 bereits ins Hintertreffen geraten.

Jetzt vorbereiten

Falls Sie noch nicht mit den Vorbereitungen auf die Post-Quanten-Ära angefangen haben, nehmen Sie es sich doch als Vorsatz für das neue Jahr vor! In den nächsten fünf bis zehn Jahren könnten Quantencomputer hier sein. Das kündigen Wissenschaftler zwar schon seit einigen Jahren an, aber derzeit sieht es eindeutig danach aus.

Es könnte durchaus zehn Jahre dauern, bis Quantencomputer Allgemeingut werden, doch Sie dürfen nicht riskieren, zu spät in dieses Rennen zu starten und es zu verlieren. Bei diesem Wettlauf zwischen Ihrem Unternehmen und der neuen Technologie müssen Sie von Anfang an sprinten.

Um Ihnen den Start zu erleichtern, arbeitet DigiCert gemeinsam mit Branchenexperten an Lösungen für eine quantensichere Public Key Infrastructure (PKI), die auf zukünftige Bedrohungen vorbereitet ist. DigiCert hat zudem ein Toolkit für die Post-Quanten-Kryptografie (PQC-Toolkit) entwickelt, sodass Sie hybride PQC/RSA-Zertifikate auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen Quantenalgorithmen testen können.

Inhalt des PQC-Testkits von DigiCert:

• Hybride TLS-Zertifikate für RSA- und PQC-Algorithmen
• Modifizierte Version des Apache-Webservers / ISARA Catalyst-Servers
• Modifizierte Version des Firefox-Browsers

Weitere Prognosen für 2021 und unsere Sicht auf die Zukunft finden Sie in unserem Neujahrs-Blogartikel zur Zukunft der Sicherheit.