Читаем 1c2b9509b53cb0837976a7dc6c8bcd37 полностью

текущие проекты, построенные на базе этих алгоритмов, смогут наконец

почувствовать себя в безопасности. Однако так ли это на самом деле?

Если классическая технология создания компьютеров упирается в свой предел

развития, значит, следует искать решения по дальнейшему увеличению

производительности в принципиально новых научно-технологических

направлениях. Наиболее перспективной областью в части поиска

возможностей для существенного роста производительности вычислений в

настоящий момент считаются так называемые квантовые компьютеры.

Квантовые компьютеры — это вычислительные устройства, существенно

отличающиеся от привычной для нас архитектуры двоичной логики. В

классическом представлении мельчайшая ячейка памяти, называемая битом, может принимать устойчивые значения либо нуля, либо единицы. В квантовом

же компьютере биты имеют квантовую природу и называются «кубитами». В

роли таких кубитов могут выступать, например, направления спинов

субатомных частиц, а также различные состояния внешних электронов или

фотонов. Чтобы не углубляться в основы квантовой механики, мы не станем

подробно рассматривать физическое устройство квантового компьютера, а

отметим лишь некоторые свойства, отличающие его от компьютера

классического.

В 1931 году австрийский физик Эрвин Шредингер предложил мысленный

эксперимент, в котором он помещал условного кота в стальную камеру, где

находилось устройство с радиоактивным атомным ядром, а также колба с

ядовитым газом. По условиям эксперимента атомное ядро в течение часа

может ожидать распад с вероятностью 50%. Если это происходит, то

срабатывает механизм, разбивающий колбу, после чего кот погибает. Но если

распад ядра все же не случился, тогда кот остается цел и невредим. Смысл

этого эксперимента в том, что внешний наблюдатель никогда точно не знает, распалось ли ядро и жив ли кот, до тех пор, пока не откроет сам ящик, а до

этого момента считается, что кот и жив, и мертв одновременно.

Понятно, что ни одна сущность в нашем мире не может находиться в двух

разных состояниях в один и тот же момент времени. Поэтому правильнее было

бы сказать, что кот находится в так называемом состоянии «суперпозиции», в

котором все возможные варианты состояния принимаются с различной

степенью вероятности. При этом сумма вероятностей всех возможных

состояний обязательно должна быть равна 100%. То же самое можно отнести

и к принципу работы кубита квантового компьютера — он таким же образом

может находиться в состоянии суперпозиции, принимая одновременно

значения логического нуля и единицы. До момента непосредственного

измерения состояния кубита его точное значение наблюдателю неизвестно, а

после измерения и получения результата кубит сразу же фиксируется в

однозначном состоянии нуля или единицы. Это на первый взгляд странное

свойство кубитов оказалось очень полезным в организации параллельных

расчетов сложных вычислительных задач, включая криптографические

алгоритмы.

Еще одна интересная особенность кубитов состоит в том, что вместе они могут

находиться в состоянии так называемой «квантовой запутанности», когда

изменение состояния одного кубита автоматически влечет за собой изменение

состояния другого, связанного с ним, на противоположное. Однако

организовать квантовую запутанность большого числа кубитов между собой

технологически очень сложно, поскольку их необходимо тщательно

изолировать от любых видов помех в окружающей среде. На текущий момент

ведущим производителям квантовых компьютеров, таким, например, как

Google, удалось удержать в связанном состоянии целых 72 кубита, что пока

является мировым рекордом среди подобных разработок. Много или мало 72

кубита для решения задач взлома хотя бы, например, алгоритма факторизации

RSA? Если рассматривать n обычных бит, то из 2n возможных состояний в

один момент времени можно выбрать лишь одно, в то время как n кубитов в

состоянии суперпозиции будут находиться в 2n состояниях одновременно. Как

результат при линейном возрастании количества кубитов количество

возможных состояний будет расти экспоненциально. А это, в свою очередь, означает, что квантовый компьютер с большим количеством кубитов будет

обладать исключительной вычислительной мощностью. Учитывая новейшие

разработки в области квантовых вычислений, специалисты оценивают

различия по мощности между квантовым и обычным компьютером не менее

чем в миллиарды раз. При этом главное преимущество квантовый компьютер

будет иметь именно при решении математических задач, связанных с

переборами вариантов.

Тем не менее даже такая существенная вычислительная мощность может

оказаться недостаточной, чтобы легко взламывать криптоалгоритмы с

открытым ключом. Необходимое для этого число кубитов исчисляется гораздо

большими величинами: например, для алгоритма факторизации RSA с ключом

в 2048 бит потребуется ровно вдвое больше кубитов. Эти данные рассчитаны

на базе вычислительных требований гибридного (содержащего как

классическую, так и квантовую части) алгоритма, представленного в 1994 году

американским ученым, специалистом в области квантовой информатики