Квантовий апокаліпсис — що це таке і чому ми за крок від нього?

Квантові комп’ютери виходять із тіні — довго вони вважалися машинами далекого майбутнього, про які ми можемо говорити тільки в контексті «а раптом». Проте останні кілька років ведуть нас до нової реальності, в якій квантовий комп’ютер — це частина нашого життя, а не розповідей з наукової фантастики.

Нещодавно ми розповідали про одне з головних наукових відкриттів минулого року — кристал часу. Це нова форма матерії, яка порушує закон механіки Ісаака Ньютона, адже може змінювати свій стан, не споживаючи жодної енергії.

Кристал часу — це квантовий об'єкт, який не може з’явитися в природі через складну комбінацію його складових. Проте найважливішим є те, що він відкриває «вікно» можливостей розробки комерційних квантових комп’ютерів.

Досі головною проблемою, яка заважала розвитку технології, була схильність до цих систем помилок. Причому вона буквально рубала технологію докорінно — чим більшу потужність мав квантовий комп’ютер, тим більше він помилявся.

Нещодавно ми розповідали про великий прорив у квантових обчисленнях, який може змінити правила гри. Відразу три незалежні команди вчених з Австралії, Нідерландів та Японії, використовуючи різні підходи, зуміли створити системи, які працювали практично безпомилково. Залишається питання масштабування цих результатів, проте це лише питання часу, упевнені дослідники.

Квантові комп’ютери зможуть проводити обчислення в мільйони разів швидше за звичайні. Завдяки цьому вони мають шанс привести нас до справжньої наукової революції. Науковці впевнені, що ці системи допоможуть зробити безліч відкриттів у різних сферах — від медицини та кліматології до штучного інтелекту та вивчення космосу. Тому в цю сферу зараз вкладається величезна кількість грошей, а над розробкою квантових комп’ютерів працюють найкращі вчені світу.

Проте ця технологія також має темний бік.

«Усе, що ми сьогодні робимо в Інтернеті, від покупок та банківських переказів до взаємодій у соцмережах — це зашифровано. Однак, коли з’явиться функціонуючий квантовий комп’ютер, який зможе зламати це шифрування… він дасть можливість тому, хто його використовує, очистити банківські рахунки та повністю відключати урядові системи захисту… спустошеними будуть навіть біткоїн-гаманці», — каже Харрі Оуен, директор зі стратегії компанії PostQuantum, яка займається постквантовою криптографією.

Зараз криптографічні алгоритми ґрунтуються на факторизації, і якщо традиційним комп’ютерам практично неможливо працювати з неймовірно великим списком ймовірних паролів, то його квантовий аналог, який використовує алгоритм Шора, впорається з таким завданням без особливих труднощів.

Тож коли в нашому світі з’явиться квантовий комп’ютер і потрапить не в ті руки, він буде найбільшою загрозою для людства. Це і є квантовий апокаліпсис.

Важливо розуміти, що в нас залишилося не так багато часу, щоб знайти досить ефективний захист. Квантові комп’ютери можуть стати частиною нашої реальності вже протягом десятиліття. Вони не зможуть повністю замінити класичні комп’ютери, а радше будуть надзвичайно ефективним доповненням до них, через що не всі сучасні алгоритми безпеки будуть марними. Проте варто готуватися до значних змін з погляду криптографії.

Однак не все так погано, адже попит породжує пропозицію. Компанії на кшталт PostQuantum вже працюють над стійким шифруванням. До них ще кілька років тому долучилися також технологічні гіганти — Google, Microsoft, Intel та IBM.

Перший і найважливіший крок — вибір математичного підходу, який був би складним, як для квантових, так традиційних комп’ютерів. Уже цього року NIST (Національний інститут стандартів та технологій США) планує випустити перший стандарт квантово-стійкої криптографії.

Розробка такого захисту коштує дорого — квантові обчислення неймовірно складні, надто для звичайних комп’ютерів. Однак створення алгоритмів, які зуміють захистити від атаки квантового комп’ютера — це одне з головних завдань, яке постає перед усіма вченими та інженерами, що займаються безпекою.