24 февраля, 12:17

Шифр в абсолюте

Россия вступает в квантовую гонку

МГУ им Ломоносова, Внешэкономбанк, Фонд перспективных исследований, "ВЭБ-инновации" и АНО "Цифровая экономика" подписали соглашение о создании в России 50-кубитного квантового компьютера. Достижение именно этого рубежа должно стать прорывом, так как позволяет достичь так называемого квантового превосходства: по своим вычислительным возможностям он превзойдет самые мощные традиционные компьютеры.

Квантовые технологии позволяют обеспечить практически абсолютную защиту информации. Фото: Depositphotos

Этот проект означает, что Россия начинает подготовку к квантовой революции, вступает в мировую гонку, где уже обозначились лидеры: Япония, США и Китай. Эти страны ежегодно вкладывают в такие машины сотни миллионов долларов.

Специалисты единодушны: создание квантового компьютера - это прорыв, сравнимый с открытием классических компьютеров. Сейчас даже трудно оценить все возможные сферы применения. На данный момент наиболее очевидна и привлекательная защита информации. Многие специалисты утверждают, атаки хакеров опаснее атомной бомбы, так как способны проникать в самые разные сферы, в том числе политики, финансов, безопасности и т.д. Квантовые технологии позволяют обеспечить практически абсолютную защиту информации. Дело в особенности самих носителей данных. Это могут быть атомы, фотоны или электроны. Они замечательны тем, что могут быть одновременно в двух информационных состояниях 1 и 0. Таковы законы квантовой механики. И как только хакер попробует вскрыть вашу информацию, вы тут же получите предупреждение о попытке взлома.

Но с другой стороны квантовый компьютер может стать идеальным взломщиком обычных компьютеров собратьев. Ведь квантовая машина может быстро находить закономерности в гигантских наборах данных. Это позволяет рассчитывать огромные числа, в то время как обычные компьютеры будут перебирать их по одному за раз. К примеру, два года потребовалось, чтобы сотни обычных компьютеров, работающих одновременно, смогли разблокировать один пример алгоритма RSA-768, а квантовый компьютер справится с этой задачей за секунду.

По мнению ученых, мы уже в ближайшее время вступим в эпоху медицины, построенной на квантовых вычислениях. Сегодня лекарства создаются на компьютерах, но на это уходит в лучшем случае не менее 10 лет. Ведь надо оценить огромное число вариантов того, как наш организм будет реагировать на новое лекарство. Только квантовый компьютер сможет быстро изучить каждый возможный сценарий взаимодействия с препаратом и дать свое заключение. Эти новые подходы позволят существенно поднять эффективность лекарств.

С нетерпением ждут "квантовый компьютер в мире финансов, где скорость имеет первостепенное значение. Пока многие проблемы финансовой отрасли остаются неразрешенными. Даже суперкомпьютеры не могут хотя бы примерно спрогнозировать будущие финансовые и экономические события. Здесь мощь квантовых технологий поможет кардинально изменить ситуацию.

Квантовый компьютер поможет глубже понять, что такое мозг, сознание, память, по каким законам он работает. Для этого необходимо создать его карту, где около 86 миллиардов нейронов. Задача для традиционных суперкомпьютеров практически нерешаемая. И здесь не обойтись без квантовых вычислений.

Не менее важная задача - создание карты наших белков, которые кодируются ДНК. Это позволит почти с абсолютной точностью моделировать 20 тысяч белков и их взаимодействие с мириадами новых разных препаратов. Анализ таких взаимодействий при помощи квантовых вычислений приведет к созданию новых методов лечения пока неизлечимых заболеваний.

И конечно, квантовые вычисления смогут строить сложнейшие модели взаимодействия молекул, что позволит создавать без проб и ошибок принципиально новые и более эффективные материалы для самых разных экономик. Вполне вероятно, что, наконец, удастся получить сверхпроводники при комнатной температуре, а также принципиально новые источники энергии. Это может впоследствии привести к созданию новых структур, имеющих последствия в сферах энергетики, борьбы с загрязнением и фармацевтических препаратов.

Еще одна сфера для квантовых технологий - космос. Здесь многие задачи требуют анализа огромных наборов данных. Например, чтобы обнаружить едва уловимые перепады тепла в невидимых для нас звездах и, возможно, даже черных дырах. Кроме того, квантовые методы позволят намного точней планировать будущие длительные космические миссии, прогнозировать различные варианты того, что может случиться, и создать план действий на каждый случай.

Что такое квантовый компьютер

Минимальная единица информации классического компьютера бит имеет два базовых состояния: 1 и 0. Их изменения легко контролировать: объекты могут либо находиться в конкретном месте, либо - не находиться. В квантовом компьютере вместо битов используются кубиты (квантовые биты), которые одновременно могут находиться во всевозможных состояниях (в 1 и 0 одновременно). Кубитами могут быть ядро атома, электрон, фотон. За счет этого квантовые компьютеры для определенных классов задач будут в миллионы раз мощнее нынешних.

Кстати

Саму идею использовать квантовые вычисления для математических задач предложил еще в 1980 году советский ученый Юрий Манин, а год спустя принцип построения квантового компьютера сформулировал американец Ричард Фейнман. Но прошли десятилетия, прежде чем появились технологии, способные реализовать их идеи на практике. Дело в том, что они крайне сложны. Для них требуются сверхпроводники, в которых надо держать температуру чуть выше абсолютного нуля. Кроме того, квантовые состояния довольно хрупки, их непросто поддерживать.

На сегодня самый мощный в мире создан в Гарвардском университете группой под руководством выпускника МФТИ Михаила Лукина, он имеет 51 кубит. Сейчас ученые пытаются реализовать на нем принцип абсолютной безопасности информации.

Источник: Российская Газета