Квантовый апокалипсис — что это такое и почему мы находимся в шаге от него?

Квантовые компьютеры выходят из тени — долго время они считались машинами далекого будущего, о которых мы можем говорить только в контексте «а вдруг». Однако последние несколько лет ведут нас к новой реальности, в которой квантовый компьютер — это часть нашей жизни, а не рассказов из научной фантастики.

Недавно мы рассказывали об одном из главных научных открытий прошлого года — кристалле времени. Это новая форма материи, которая нарушает закон механики Исаака Ньютона, ведь он может менять свое состояние, не потребляя никакой энергии.

Кристалл времени — исключительно квантовый объект, который не может появиться в при роде из-за сложной комбинации его составляющих. Однако самым важным является тот факт, что он открывает окно возможностей для разработки коммерческих квантовых компьютеров.

До сих пор главной проблемой, которая мешала развитию технологии, являлась подверженность этих систем ошибкам. Причем она буквально рубила технологию на корню — чем большей мощностью обладал квантовый компьютер, тем больше он ошибался.

Недавно мы рассказывали о большом прорыве в квантовых вычислениях, который может изменить правила игры. Сразу три независимых команды ученых из Австралии, Нидерландов и Японии, используя разные подходы, сумели создать системы, которые работали практически безошибочно. Остается вопрос масштабирования этих результатов, однако это всего лишь вопрос времени, уверены исследователи.

Квантовые компьютеры смогут проводить вычисления в миллионы раз быстрее, чем обычные. Благодаря этому у них есть шанс привести нас к настоящей научной революции. Ученые уверены, эти системы помогут совершить бесчисленное количество открытий в совершенно разных сферах — от медицины и климатологии до искусственного интеллекта и изучения космоса. Поэтому в эту сферу сейчас вкладывается огромное количество денег, а над разработкой квантовых компьютеров работают лучшие ученые мира.

Однако у этой технологии также есть темная сторона.

«Все, что мы сегодня делаем в интернете — от покупок и банковских переводов до взаимодействий в соцсетях — все это зашифровано. Однако, когда появится функционирующий квантовый компьютер, который сможет взломать это шифрование… он даст возможность тому, кто его использует, очистить банковские счета и полностью отключать правительственные системы защиты… опустошенными будут даже Биткоин-кошельки», — говорит Харри Оуэн, директор по стратегии компании PostQuantum, которая занимается постквантовой криптографией.

Сейчас криптографические алгоритмы основаны на факторизации. И если традиционным компьютерам практически невозможно работать с невероятно большим списком вероятных паролей, то его квантовый аналог, использующий алгоритм Шора, справится с такой задачей без особых трудностей.

Таким образом, если в нашем мире появится квантовый компьютер и попадет не в те руки, он будет наибольшей угрозой для всего человечества. Это и есть квантовый апокалипсис.

Важно понимать — у нас осталось не так много времени, чтобы найти достаточно эффективную защиту. Квантовые компьютеры могут стать частью нашей реальности уже в течение десятилетия. Они не сумеют полностью заменить классические компьютеры, а скорее будут чрезвычайно эффективным дополнением к ним, из-за чего не все современные алгоритмы безопасности окажутся бесполезными. Тем не менее, нам стоит готовиться к значительным изменениям с точки зрения криптографии.

Однако не все так плохо, ведь спрос порождает предложение. Компании вроде PostQuantum уже работают наш квантоустойчивым шифрованием. К ним еще несколько лет назад присоединились также технологические гиганты — Google, Microsoft, Intel и IBM.

Первый и самый важный шаг — выбор математического подхода, который был бы сложным как для квантовых, так и для традиционных компьютеров. Уже в этом году NIST (Национальный институт стандартов и технологий в США) планирует выпустить первый стандарт квантово-устойчивой криптографии в 2022 году.

Разработка такой защиты обходится дорого — квантовые вычисления невероятно сложны, особенно для обычных компьютеров. Однако создание алгоритмов, которые сумеют защитить от атаки квантового компьютера — это одна из главных задач, которая стоит перед всеми учеными и инженерами, занимающимися безопасностью.