To uafhængige forskerteam har udviklet metoder til hacking støjende kvantecomputere baseret på et række-hammerangreb, en type interferens, der bruges til at infiltrere traditionelle computere
En kvantecomputer på IBM
Lovene for kvantemekanik gør det umuligt at kopiere kvanteoplysninger, men det betyder ikke, at kvantecomputere er uhåndterlige. To uafhængige team af forskere har nu udtænkt metoder til at forstyrre beregninger på kvantecomputere. De er begge afhængige af en metode, der bruges til at hacke traditionelle computere kaldet et row-hammer-angreb.
Konventionel række-hammerangreb er målrettet mod dynamisk tilfældig adgangshukommelse (DRAM), en type RAM, der er vigtig for kortvarig informationsopbevaring i konventionelle computere. De drager fordel af utilsigtede elektriske interaktioner mellem dele af DRAM for at ændre deres indhold, såsom at give adgangsprivilegier til hackere.
Kvantecomputere er ikke sofistikerede nok til nøjagtig den samme metode til at anvende, da de ikke har minder eller kompleks software, der kræver privilegier, men deres informationsindhold kan stadig ændres ved at ændre staterne i deres kvantebits eller qubits, siger Fernando Almaguer-Angeles på University of Gdańsk i Polen.
Hans team fik fjernt adgang til flere IBM -kvantecomputere, der tilbyder sky -kvanteberegningstjenester til fjerne brugere på separate grupper af qubits på den samme computer. Forskerne kørte mange korte programmer, der manipulerede en gruppe af de qubits, de havde adgang til. Dette inducerede utilsigtede interaktioner – kendt som krydstale – mellem de berørte qubits og en anden nærliggende. Forskerne undersøgte denne tilstødende qubit og fandt, at de oplysninger, den lagrede, ændrede sig efter den række-hammerlignende angreb.
Teammedlem Pedro Diaguez ved University of Gdańsk siger, at de bestemte den mest effektive måde at gennemføre dette angreb i løbet af titusinder af eksperimenter. ”Jeg var temmelig sikker på, at vi får gode resultater, men jeg blev overrasket over, hvor stærk krydstale var i nogle af sagerne,” siger teamleder Marcin Pawłowski, også på University of Gdańsk.
En gruppe ledet af Jakub Szefer ved Northwestern University i Illinois blev også inspireret af række-hammerangreb og udtænkte en metode kaldet QuBithammer, der justerede mikrobølgepulser, der kontrollerer og direkte qubits. Forskerne testede Qubithammer på en IBM -kvantecomputer, idet de fandt, at dette også inducerede krydstale og efterfølgende ændrede de oplysninger, der var gemt i nogle qubits. I dette tilfælde behøvede de målrettede qubits ikke at være naboer ved siden af-de kunne være meget længere væk fra de qubits, der kontrolleres.
Hvis to forskellige brugere kunne få adgang til forskellige sæt qubits inden for den samme kvantecomputer, kunne den ene af dem forstyrre den anden brugers beregninger med et rækkehammerangreb, siger teammedlem Akshata Shenoy, også på University of Gdańsk.
IBM gjorde det for nylig umuligt for brugerne at ændre mikrobølgepulser. Men andre firmaer, der fremstiller kvantecomputere fra superledende kredsløb, såsom Rigetti Computing og IQM, tilbyder lignende skyadgang til deres egne superledende kvantecomputere, herunder en vis kontrol over mikrobølger.
Oliver Dial på IBM siger: “Når du bruger IBMs kvantecomputere, er der i øjeblikket ingen omstændigheder, hvor to brugere kan køre kredsløb på den samme kvantehardware på samme tid, hvilket gør dette og relaterede teknikker umulige at bruge i praksis.” Efterhånden som kvantecomputere bliver større og mere kommercielt levedygtige, kan nogle virksomheder muligvis give mulighed for brugere at dele tid på en enhed, som i øjeblikket er tilfældet for mange klassiske computere, der i øjeblikket er tilgængelige gennem skyen, siger Szefer.
Det nye værk afspejler, hvad der er muligt med de relativt små og støjende kvantecomputere, der findes i dag, siger Dominik Hangleiter ved University of California, Berkeley. Begreber om, hvad “kvantehacking” betyder, vil sandsynligvis ændre sig, efterhånden som kvantecomputere bliver bedre til at fange og korrigere deres egne fejl og er bedre integreret i eksisterende computerøkosystemer, som at være kun et lag beregning sammen med konventionelle supercomputere, siger han.
Szefer siger, at kvantecomputere stadig er på et tidligt stadium af udviklingen, så udforskninger af række-hammerlignende angreb kan føre til, at der er indbygget modforanstaltninger i den næste generation af enheder. Dette skete ikke med traditionelle computere, hvoraf mange stadig er modtagelige for denne slags teknikker, simpelthen fordi hackingmetoderne blev opdaget, efter at computerhukommelsesarkitekturer allerede blev standard.
Begge forskerteam siger, at de nu ønsker at studere, hvordan kvante række-hammerangreb kan tilpasses til kvantecomputere, der er gode til at opdage og korrigere deres egne fejl.
Dette arbejde er et tidligt skridt hen imod at forstå fremtidige hacking -sårbarheder i kvantecomputere, siger Shenoy. “(I klassiske computere) Fejlmitigationsteknikker eller modforanstaltninger, der blev implementeret for at overvinde visse slags rækkehammerangreb, gav de selv anledning til nyere slags række-hammerangreb.”