פריצת דרך קוונטית של Google: מה היא אומרת על ההצפנה שמגינה על העסק שלכם

Google הודיעה ב-15 באוקטובר על התקדמות באחד המכשולים הוותיקים בדרך למחשב קוונטי שימושי. חוקרי Google Quantum AI הראו לראשונה על חומרה אמיתית, מעבד Willow של החברה, שטכניקה בשם Magic State Cultivation עובדת ומפחיתה שגיאות פי 40 בערך. המחקר פורסם בכתב העת Science.

זו לא הכרזה על מחשב קוונטי שפורץ הצפנות, ו-Google עצמה לא מזכירה הצפנה בפוסט. אבל מי שעוקב אחרי התחום יודע שכל צעד כזה מקרב את היום שבו חלק משיטות ההצפנה שמגינות היום על אתרים, על תקשורת ועל חתימות דיגיטליות יפסיקו להיות בטוחות. לכן כדאי להבין מה בדיוק קרה, ומה עדיין לא.

מה זה מצב קסם, ולמה הוא צוואר בקבוק

מחשב קוונטי עובד עם קיוביטים, יחידות מידע רגישות מאוד לרעש, ולכן הוא חייב מנגנון תיקון שגיאות שמפזר כל יחידת מידע על פני קיוביטים רבים. אבל תיקון שגיאות לבדו לא מספיק כדי להריץ כל תוכנית. כדי לבצע את מגוון הפעולות המלא צריך משאב מיוחד שנקרא מצבי קסם (Magic States).

הבעיה היא שהם יקרים מאוד לייצור. לפי Google, יש הערכות שלפיהן עד 95% מהקיבולת של מחשב קוונטי עשויים להיות מוקדשים רק לייצור שלהם, וכל מצב כזה נצרך פעם אחת בלבד. את צוואר הבקבוק הזה חוקרים זיהו כבר ב-2004, ומאז, במשך 20 שנה, הם מנסים להוזיל אותו.

מה Google השיגה בפועל

את שיטת ה-Cultivation, או בעברית גידול, פיתחו ב-2024 חוקרי Google קרייג גידני, נואה שאטי וקודי ג׳ונס. היא עובדת כמו בקרת איכות במפעל: מכניסים מצב רועש לאזור קטן בשבב, מריצים סדרה מתואמת של מדידות שמאתרות שגיאות, ומשליכים כל ניסיון פגום. מה שנשאר הוא מצב נקי במיוחד, שאפשר להעביר לקידוד גדול ושימושי יותר.

בניסוי, על מעבד Willow עם 105 קיוביטים, Google דיווחה על מצבי T עם נאמנות לוגית של 99.99%, שיא לדבריה. הדרך לשם לא הייתה חלקה. החוקרת אמה רוזנפלד ראתה בתחילה נתונים שנראו כסותרים את חוקי הפיזיקה, ואחרי חודשים התברר שרעש במעבדה, שנגרם מסחיפה של ציוד חשמלי ומשינויי טמפרטורה, שיבש את שיטת המדידה. הצוות פיתח שיטה חדשה, שמשתמשת בתהליך הגידול עצמו כדי למדוד את איכותו. לפי The Quantum Insider, החוקרים נעזרו גם בלמידת חיזוק, סוג של בינה מלאכותית, כדי לכייל את המעבד.

חשוב גם מה שעדיין לא נפתר. Google מציינת שצריך להדגים את השיטה בקנה מידה גדול יותר ושנותרו אתגרים טכניים רבים. לפי The Quantum Insider, שמצטט את הנספח למאמר, בבדיקה של שמירת המצבים לאורך זמן שיעור השגיאות היה גבוה פי 7 בערך מהצפוי בסימולציות.

הקשר להצפנה: פחות קיוביטים כדי לשבור RSA

כאן מגיע החלק שרלוונטי לכל עסק. במאי 2025 פרסם צוות Google הערכה שלפיה מחשב קוונטי עם מיליון קיוביטים רועשים, שרץ במשך שבוע, יוכל באופן תיאורטי לשבור הצפנת RSA של 2048 ביט, אחת משיטות ההצפנה הנפוצות ביותר. זו ירידה של פי 20 לעומת ההערכה של Google מ-2019, שעמדה על 20 מיליון קיוביטים. אחד השיפורים שאפשרו את הירידה הזו, לפי Google, היה בדיוק Magic State Cultivation, שעד עכשיו הייתה רעיון על הנייר.

כדי לשמור על פרופורציות: מחשבים קוונטיים עם רמות שגיאה רלוונטיות כוללים היום בין 100 ל-1,000 קיוביטים בערך, ו-Willow עצמו כולל 105. הפער למיליון עדיין עצום. אבל יש סיבה שהמעבר מתחיל כבר עכשיו: תוקפים יכולים לאסוף היום תעבורה מוצפנת ולפענח אותה בעתיד, כשתהיה להם היכולת. התופעה מכונה Store now, decrypt later, והיא רלוונטית לכל מידע שצריך להישאר סודי לאורך שנים.

הבשורה הטובה היא שהפתרון כבר קיים. מכון התקנים האמריקאי NIST פרסם תקנים להצפנה פוסט-קוונטית (PQC), אלגוריתמים שאמורים לעמוד גם בפני מחשבים קוונטיים, ו-Google כבר מצפינה איתם תעבורה ב-Chrome ובמערכות הפנימיות שלה. לפי טיוטת דוח של NIST, מערכות פגיעות אמורות לצאת משימוש אחרי 2030 ולהיאסר לשימוש אחרי 2035. הצפנה סימטרית, שמשמשת בעיקר להצפנת מידע שמור, לא נמצאת באותה סכנה. החתימות הדיגיטליות הן אתגר מורכב יותר, כי המפתחות שלהן מפוזרים בהרבה מקומות ונשמרים לאורך זמן.

מה הלאה

הצעד הבא של Google הוא להדגים את השיטה בקנה מידה גדול יותר ולשפר את שמירת המצבים לאורך זמן. אין כאן תאריך שבו ההצפנה הנוכחית תיפרץ, אבל המגמה ברורה: כל שנה מורידה את מחיר הכניסה. מי שמתחיל עכשיו לתכנן את המעבר יעשה אותו בקצב שלו, ולא בלחץ.