Чому квантовий комп'ютер — це не просто швидший комп'ютер
Щоб зрозуміти принцип роботи квантового комп'ютера, варто згадати, як працюють звичайні комп'ютери.
Будь-який сучасний ноутбук, смартфон чи сервер оперує лише двома станами — 0 і 1. Саме ці біти складають основу всіх програм, сайтів, фотографій, відео та навіть штучного інтелекту.
Квантовий комп'ютер працює зовсім інакше.
Замість бітів він використовує кубіти.
Кубіт може перебувати не тільки в стані 0 або 1, а й у проміжному стані між ними. Це явище називається суперпозицією.
Пані Андрукевич пояснює це простою аналогією.
Уявіть монету.
Поки вона лежить на столі, це або орел, або решка.
Але коли монета летить у повітрі, вона безперервно змінює своє положення. До моменту падіння вона перебуває ніби в безлічі можливих станів.
Саме так поводиться кубіт.
Що таке суперпозиція
У квантовій механіці суперпозиція означає, що система може одночасно перебувати в кількох можливих станах.
Лише після вимірювання вона переходить до одного конкретного результату.
Саме тому квантовий комп'ютер здатний одночасно працювати з величезною кількістю можливих варіантів розв'язку задачі.
Втім, це не означає, що він "миттєво знає всі відповіді". Після завершення обчислень система також повинна отримати один конкретний результат.
Друга магія квантової фізики — заплутаність
Ще одна властивість, без якої квантові комп'ютери були б неможливими, — квантова заплутаність.
Йдеться про особливий зв'язок між квантовими частинками.
Навіть якщо вони знаходяться далеко одна від одної, їхній стан може залишатися взаємопов'язаним.
Саме це явище настільки дивувало Альберта Ейнштейна, що він назвав його «моторошною взаємодією на відстані».
Поєднання суперпозиції та заплутаності відкриває абсолютно нові можливості для обчислень.
Навіщо людству квантові комп'ютери
Найбільша перевага квантових комп'ютерів — можливість значно швидше розв'язувати задачі, які сьогодні потребують років роботи навіть найпотужніших суперкомп'ютерів.
Одним із найперспективніших напрямів вважають створення нових ліків.
Сьогодні фармацевтичні компанії роками моделюють взаємодію молекул, проводять тисячі комп'ютерних симуляцій та лабораторних досліджень.
Квантові комп'ютери потенційно можуть скоротити цей процес із років до кількох днів.
Подібні можливості відкриваються також у:
- розробці нових матеріалів;
- хімії;
- моделюванні складних фізичних процесів;
- логістиці;
- фінансовому прогнозуванні;
- штучному інтелекті.
Чому кібербезпека починає хвилюватися
Разом із величезними можливостями квантові комп'ютери несуть і серйозну загрозу.
Найбільша проблема — сучасна криптографія.
Практично всі системи захисту Інтернету сьогодні використовують алгоритми з відкритим ключем.
Саме вони лежать в основі:
- мобільного банкінгу;
- онлайн-платежів;
- VPN;
- електронного підпису;
- державних інформаційних систем;
- криптовалют.
Більшість таких алгоритмів (наприклад RSA) базуються на тому, що класичному комп'ютеру надзвичайно складно розкласти дуже великі числа на прості множники.
Для сучасних машин це може зайняти сотні або навіть тисячі років.
Достатньо потужний квантовий комп'ютер потенційно здатний виконати таку задачу незрівнянно швидше.
Саме тому його називають найбільшою загрозою для сучасної криптографії.
«Зберегти сьогодні — розшифрувати завтра»
Особливе занепокоєння викликає сценарій, який англійською називають Store Now, Decrypt Later.
Його суть дуже проста.
Сьогодні зашифровані дані можуть викрадатися та архівуватися.
Поки що їх неможливо прочитати.
Але коли з'являться достатньо потужні квантові комп'ютери, ці архіви можна буде розшифрувати.
Саме тому проблема стосується не лише майбутніх повідомлень, а й інформації, яка шифрується вже зараз.
Особливо небезпечним це може бути для:
- медичних архівів;
- державних секретних документів;
- військової інформації;
- банківських даних;
- корпоративних баз.
Що таке Q-Day
Фахівці вже давно використовують термін Q-Day.
Це не конкретна дата в календарі.
Так називають момент, коли квантові комп'ютери стануть достатньо потужними, щоб масово ламати сучасну криптографію.
Після цього можуть опинитися під загрозою:
- інтернет-банкінг;
- електронний підпис;
- захищені веб-з'єднання;
- VPN;
- криптовалютні гаманці;
- значна частина сучасної цифрової інфраструктури.
Сьогодні квантові комп'ютери вже існують у провідних наукових лабораторіях світу.
Однак вони ще недостатньо потужні для такого сценарію.
Світ уже готується
Саме тому міжнародна спільнота не чекає настання Q-Day.
У світі активно впроваджується постквантова криптографія — нове покоління алгоритмів, які мають залишатися безпечними навіть після появи практичних квантових комп'ютерів.
Перехід буде поступовим.
Банки, урядові структури, оператори критичної інфраструктури та великі ІТ-компанії вже сьогодні починають оновлювати свої криптографічні системи.
Не кінець світу, а новий етап розвитку
Як і будь-яка технологічна революція, квантові комп'ютери несуть водночас великі можливості й нові ризики.
Вони можуть пришвидшити створення ліків, допомогти моделювати складні природні процеси та відкрити новий рівень розвитку науки.
Водночас саме вони змушують переглянути підходи до цифрової безпеки, адже криптографія, яка десятиліттями вважалася надійною, у майбутньому може виявитися недостатньою.
Саме тому підготовка до постквантової епохи вже почалася. І хоча до настання Q-Day, найімовірніше, ще залишаються роки, а можливо й десятиліття, фахівці переконані: чекати цього моменту без підготовки — означає запізнитися.
PR I/ M. T.