Vartannat decennium eller så rubbar en ny teknik den nationella säkerheten. På 1940- och 1950-talen etablerade atom- och vätebomberna kärnvapenavskräckning. På 1970- och 1980-talen ledde mikroelektroniken till skapandet av smyg- och precisionsvapen och tidiga digitala nätverk. På 1990-talet gjorde Internet och utbyggnaden av GPS (Global Positioning System) om kommunikationen. Nu är det naturligtvis artificiell intelligens som driver autonoma vapen och överladdar cyberkapaciteter, men snart kommer det att vara kvantteknologier som förvandlar otaliga områden från att avslöja nationella säkerhetshemligheter till att projicera militär makt.
Kvantteknik fungerar genom att utnyttja det märkliga beteendet hos extremt små partiklar. De kan därför göra saker som konventionella tekniker inte kan, som att exakt mäta plats medan de är helt offline och, i teorin, knäcka krypteringar som används i stor utsträckning idag. En klassisk superdator skulle behöva ungefär 300 biljoner år och ”brute force” för att bryta en vanlig kryptering, känd som en 2048-bitars RSA-nyckel. En kvantdator, däremot, skulle teoretiskt sett kunna dekryptera samma nyckel, som används för att skydda journaler, finansiella transaktioner och statshemligheter, på under åtta timmar. Innovationer inom området kvantavkänning kommer snart att göra det möjligt för arméer att operera i ”GPS nekade” miljöer, där satellitsignaler är blockerade, störda eller otillgängliga.
Även om denna framtid verkar långt borta är den inte det. Enligt rapporter från amerikanska underrättelsetjänster, skördar USA:s motståndare redan krypterad amerikansk data i hopp om att när de väl skaffar sig kvantkapacitet – vare sig det är om fem eller tio år – kan de läsa den. Speciellt Kina investerar i kvantkommunikation och krypteringsverktyg. Washington och dess allierade måste göra allt som står i deras makt för att vinna kvantloppet samtidigt som de förbereder sig för en värld där Peking eller Moskva först bygger en kvantdator. Det mest brådskande innebär att kryptera dagens hemligheter med mer avancerad kryptografi som inte kan knäckas i framtiden.
ETT KVANTSPRÅNG
Eftersom kvantberäkningar har potential att knäcka den kryptering som används mest av både regeringar och individer, är hotet som det utgör mot den nationella säkerheten svårt att överskatta. Den kryptografi som säkrar mycket av Internet idag bygger på svårigheten som konventionella datorer har att lösa vissa matematiska problem, som att faktorisera mycket stora siffror. Kvantdatorer förväntas dock utföra vissa av dessa beräkningar mycket mer effektivt, vilket gör det möjligt för angripare att bryta koderna och beslagta känslig data.
Inga sådana maskiner finns ännu, och det är svårt att förutse när de kan komma online. Men de senaste framstegen tyder på att en kvantdator kan bryta åtminstone vissa former av vanlig kryptografi inom de närmaste åren. Ännu viktigare är att USA:s rivaler inte väntar på att en kvantdator ska materialiseras. Kina och Ryssland har redan samlat in krypterade amerikanska hemligheter och satsar på att en del av informationen fortfarande kommer att vara relevant när de väl har verktygen för att dekryptera den.
Konsekvenserna av kvantteknologier för nationell säkerhet sträcker sig bortom kryptografi. Kvantsensorer kan mäta tid och skillnader i gravitations- och magnetfält med oöverträffad känslighet och noggrannhet. Dessa sensorer kan så småningom användas för att upptäcka smygfordon eller navigera arméer genom GPS-nekas miljöer. Det är särskilt användbart för USA eftersom Kina gör framsteg när det gäller att störa GPS, som den amerikanska militären och dess allierade är beroende av för precisionsstyrd ammunition och drönare. Historiskt sett, om ett land blockerade GPS, som ägs och drivs av den amerikanska regeringen, riskerade det att störa sina egna styrkor, men Kina har nu sin egen BeiDou-3-navigeringskonstellation av satelliter, vilket gör att det kan distribuera kraftfulla GPS-störsändare över teatrar, som Sydkinesiska havet, medan dess tillgångar förblir i drift. Kvantsensorer erbjuder dock en väg att ta sig runt i Kinas system eftersom de tillhandahåller en lokal källa för exakt positionering och timing som inte beror på GPS eller någon satellitsignal.
Hittills, när det kommer till kvantum, har USA ett tekniskt försprång inom hårdvara, och mycket av dess framsteg drivs av privata företag, inklusive IBM, Google och olika startups. Kina, däremot, har identifierat kvantum som en av sina högsta prioriteringar i sin femårsplan för 2026–30 och centraliserar det mesta av sin forskning och utveckling under statligt styrda nav, som Hefei National Laboratory. Även om Kinas initiala investeringar fokuserade på att bygga ett säkert kvantkommunikationsnätverk, har landet också gjort framsteg inom kvantberäkning under de senaste åren, och det utvecklar redan kvantsensorer för sina ubåtar och smygflygplan, motiverat av utsikterna till system som både hoppar över traditionell teknik och som inte är belastade av nuvarande exportkontroller.
Det kvanthotet mot den nationella säkerheten är svårt att överskatta.
Med den amerikansk-kinesiska rivaliteten som går bortom den rena forskningens område för att inkludera mångmiljardinvesteringar i specialiserad hårdvara, konkurrerande teknikblock växer också fram. USA har till exempel gått med i ledande kvantallierade som Frankrike, Japan och Storbritannien för att bilda Quantum Development Group med 13 länder, med syftet att säkra globala leveranskedjor och skydda nationella säkerhetsintressen från framväxande kvanthot. Kina, under tiden, samarbetar redan med BRICS-länder, framför allt Ryssland, som är hem för fysisk vetenskap, matematik och kryptografi i världsklass.
Lite information är allmänt tillgänglig om Rysslands kvantinsatser. Även om landet är fokuserat på att utveckla militära verktyg för kriget i Ukraina, är det redan långt framme med att utveckla algoritmer för kryptering, vilket kan hjälpa det att bygga en mindre, men fortfarande kapabel, kvantdator. Sedan dess fullskaliga invasion av Ukraina, 2022, har Ryssland knutit närmare band med Kina. I slutet av 2023 demonstrerade de två länderna vad de kallade ”en säker kvantlänk”, och överförde information omedelbart mellan kinesiska satelliter och kinesiska och ryska markstationer 2 400 miles ifrån varandra med till synes noll risk för avlyssning. (Eftersom kvantkommunikation förlitar sig på de fysiska egenskaperna hos kvantpartiklar, stör själva avlyssningshandlingen signalen, vilket omedelbart varnar båda parter om att kommunikationen har äventyrats.) I början av 2025 genomförde Kina en liknande demonstration med Sydafrika som länkade samman stationer som låg över 8 000 miles från varandra.
Forskare i USA och Europa ifrågasätter värdet av dessa tekniker eftersom de kräver traditionell kryptering för att autentisera båda ändarna av länken och därför fortfarande har sårbarheter. Ändå antyder dessa demonstrationer med andra BRICS-medlemmar att Peking kan lägga grunden för ett bredare kvantsamarbete inom blocket, kanske även till datorer och avkänning.
KOD KNÄCKARE
Washington har redan börjat ta steg för att förbereda sig för en värld där dess motståndare har kvantteknologi. Med början 2016 tävlade kryptografer över hela världen i ett US National Institute of Standards and Technology-projekt för att utveckla nya algoritmer som kan motstå en kvantdatorattack. I augusti 2024 standardiserade institutet en första uppsättning av dessa algoritmer, som stora Internetinfrastrukturföretag började distribuera internationellt. Alla större internetföretag, inklusive Google och Facebook, använder till viss del kvantresistent kryptografi. Men dessa nya standarder har ännu inte utvidgats till andra Internetprotokoll, inklusive de system som certifierar webbplatser som säkra att använda. Den amerikanska regeringen har sagt att alla federala myndigheter kommer att använda kvantresistent kryptografi till 2035, men det är möjligt att kvantdatorer kommer att knäcka statlig kryptering före den deadline. En färsk artikel från Google tyder på att det kan kräva mycket färre resurser än vad man tidigare trott att bryta en typ av kryptografi som säkrar de flesta internetkommunikationer. Google har accelererat tidslinjen på vilken den kommer att uppgradera till kvantsäker kryptografi till 2029, och uppmanar andra att följa.
Även om övergången till dessa kvantsäkra algoritmer är klar innan uppfinningen av en fullt kapabel kvantdator, kommer troligen den enorma mängden känsligt material som Kina och Ryssland redan har skördat att äventyras. Naturligtvis kommer en del av informationen som samlas in nu att vara värdelös när de kan dechiffrera den. De amerikanska truppernas position i dag kommer till exempel att ha förändrats till 2030. Men annan mycket känslig information, inklusive kärnkraftsdesignhemligheter, kommer att vara relevant under lång tid och utgör den största risken om den samlas och så småningom dekrypteras av motståndare.
För att ta itu med quantums nationella säkerhetsutmaningar måste USA och dess allierade börja med att säkra en inhemsk ”kvantstack” – och därigenom säkerställa att hårdvaran, materialen och immateriella rättigheter som krävs för kvantteknologier förblir inom deras direkta kontroll. USA bör använda exportkontroller för att skydda den specialiserade elektronik, kylskåp, helium och kiselisotoper som utgör kvantteknologier. Amerikanska och allierade underrättelsebyråer måste också prioritera att skydda den privata kvantimmateriella äganderätten från industrispionage genom att dela hot och cybersäkerhetsråd med amerikanska och allierade företag och kräva att företag använder toppklassiga cyberförsvar.
Kvantsensorer kan så småningom användas för att upptäcka smygfordon.
Men det räcker inte. USA måste också leda en verkligt global ansträngning för att uppgradera alla Internetprotokoll till kvantresistent kryptering. Även om bara ett land använder en lägre krypteringsstandard skapar det en svag länk i den globala handeln. För detta ändamål måste US National Institute of Standards and Technology leda ett samarbete med Europeiska unionens byrå för cybersäkerhet och motsvarande organ i Asien för att utveckla interoperabla algoritmer – och sedan dela sådana algoritmer och tekniskt bistånd med utvecklingsländer.
Ändå antar dessa lösningar att det kommer att ta år för någon att uppfinna en kvantdator som är tillräckligt sofistikerad för att knäcka dagens kryptering. Om man däremot utvecklas på kort till medellång sikt, kommer det att hota säkerheten för nuvarande system och information som överfördes tidigare. För att hantera möjligheten till en sådan störning bör regeringar och företag omedelbart sammanställa inventeringar av den data som redan har exponerats i sårbara kanaler och avgöra vilken som utgör den största risken om den dechiffreras om några år. Organisationer bör sedan förbereda sig för troligt avslöjande och göra beredskapsplaner för att skydda de tillgångar som potentiellt exponeras.
En viktig kategori av hemligheter är autentiseringsuppgifter, till exempel lösenord eller autentiseringsnycklar. Om en angripare dekrypterar en anslutning som innehåller dessa referenser, kan de sedan användas för att fjärråtkomst till känsliga system även om dessa system sedan distribuerar kvantresistent kryptering. När ett företag eller en regering har etablerat mer avancerad kryptering måste alla tidigare lösenord och autentiseringsnycklar ändras. Regeringar och ledande digitala infrastrukturföretag måste också förbereda sig på möjligheten att en sofistikerad kvantdator utvecklas innan alla internetprotokoll antar kvantresistent kryptering. I så fall måste regeringar komma med beredskapsplaner för en nödsituation eller riskera betydande störningar för industrier som är beroende av säkra transaktioner. Dessa planer kan innefatta att snabbt distribuera kvantbeständig kryptering till nyckelsektorer, såsom bank och kommunikation, och att överge anslutning till system som ännu inte har uppgraderats.
Även om konkurrensen mellan USA och Kina om kvantteknik kommer att vara hård, inser de två länderna att de måste arbeta tillsammans genom organ som International Organization for Standardization och Internet Engineering Task Force för att säkerställa att deras grundläggande protokoll är interoperabla. Båda länderna är angelägna om att undvika en fragmenterad digital värld där global handel och logistik störs av inkompatibilitet. Kinesiska kryptografer deltog faktiskt i den amerikanska regeringens globala tävling för algoritmer, och amerikanska och europeiska forskare gjorde detsamma i Kinas öppna tävling. Men ett sådant samarbete kommer förmodligen aldrig att sträcka sig till frågor om hårdvara. När det kommer till teknologier som har militära tillämpningar kommer varje stormakt att vara fast besluten att dominera den andra.