Būtent taip, iš esmės, veikia kvantinis kompiuteris.

Beje, tas vaizdingas paveikslas, kad ir koks aiškus, kvantinio kompiuterio išrasti niekaip nepadės. Kvantinių skaičiavimų problemą nagrinėjantys mokslininkai paralelinėmis visatomis galvos sau nekvaršina, ir naudoja kur kas nuobodesnį variantą su visomis neįkandamomis formulėmis ir be menkiausios akivaizdumo užuominos. O, bet tačiau, rezultatas toks pats: vienu ypu atliekamų operacijų skaičius veržliai išauga.

O būtent, 1994 metais matematikas Peteris Shoras pademonstravo, kad kvantinis kompiuteris su skaičiaus išskaidymu dauginamaisiais užduotimi susitvarkys lygiai taip pat sėkmingai, kaip ir su paprasta daugyba: skaičiams didėjant, abiejų operacijų atlikimo laikas ilgės lygiai taip pat tolygiai ir lėtai. Išvertus tai į paralelių visatų kalbą, 250-ies skaitmenų ilgio skaičiaus išskaidymui dauginamaisiais prisireiks 10⁵⁰⁰ visatų… o štai laiko užteks kelių minučių. Taip dauguma egzistuojančių kriptografinių sistemų bus nulaužtos. Shoro algoritmas labai paprastas, ir tokios užduoties sprendimui užteks kvantinio kompiuterio su vos keliais šimtais kubitų.

Belieka smulkmena – tą kompiuterį pagaminti.

Ar viskas taip baisu?

Vargu ar kvantinį kompiuterį pavyktų pagaminti nepastebimai, kaip kad būtų sudėtinga nepastebimai pagaminti atominę bombą. Tačiau, jeigu tai bus padaryta, gali iškilti grėsmė visai šiuolaikinės civilizacijos infrastruktūrai.

„Tai būtų galima pavadinti informacine atomine bomba. Kieno nors rankose staiga atsidūręs kvantinių skaičiavimų įrenginys galėtų mūsų civilizacijai sukelti tikrą katastrofą – galėtų, pavyzdžiui, pavogti visus pinigus iš bankų, iššniukštinėti visas karines paslaptis“, – sako Kalgario universiteto profesorius Aleksandras Lvovskis, RQC kvantinės kriptografijos projekto mokslinis vadovas.

Atsiradus universaliam kvantiniam kompiuteriui, gali būti paralyžiuota praktiškai visa šiuolaikinės visuomenės informacinė infrastruktūra, nes įprastų šifravimo algoritmų nebūtų galima naudoti. Jau dabar JAV Nacionalinio saugumo agentūra (NSA) rekomenduoja pereiti prie kvantiniams įsilaužimams atsparių kriptografinių algoritmų.

Danielis J. Bernsteinas iš Ilinojaus universiteto Čikagoje neatmeta galimybės, kad teks grįžti prie brangių ir nepatogių „fizinių“ duomenų apsaugos metodų – pavyzdžiui, perduoti informaciją prie patikimo kurjerio riešo prirakintame lagamine gulinčiais atmintukais.

Tuo pat metu vyksta kvantiniams skaičiavimams atsparios postkvantinės kriptografijos paieškos.

„Kvantų technologijos suteikia ir „kvantinių hakerių“ priešnuodžius – kriptografinius algoritmus, kurių saugumas remiasi fundamentaliais fizikos dėsniais ir kurių neperkanda net ir kvantiniai kompiuteriai“, – dėsto Lvovskis. Belieka klausimas, kas rasis pirmiau: šarvai ar sviedinys.

Pats Lvovskis yra RQC kvantinės kriptografijos projekto mokslinis vadovas. Ši technologija remiasi ne superpatikimais šifravimo metodais, o pasiklausymo rizikos sumažinimu. Informacija koduojama kvantinėmis fotonų būsenomis, ir jeigu kas nors jas išmatuoja, ši būsena neišvengiamai pasikeičia. Beje, jau dabar kvantinėje kriptografijoje randami pažeidžiamumai, kylantys dėl neidealaus kvantinių įrenginių veikimo.

Laiko klausimas

Kada laukti katastrofos? Tikriausiai tada, kai pavyks sugalvoti patį kubitą. Iš principo, kubitą galima sukurti iš įvairiausių kvantinių objektų – jonų, elektronų, fotonų. Tik bėda, kad visi šie objektai realiomis sąlygomis labai greitai nustoja būti „kvantiški“, tai yra,praranda superpozicijos būseną (šį nemalonų reiškinį fizikai vadina „dekoherencija“).

Dabar perspektyviausiais laikomi superlaidūs kubitai mikroskopinių kilpų iš superlaidininkų, kurie tam tikrame taške atskirti plonu dielektriko, oksido plėvelės, sluoksniu – Džozefsono kontaktų – pagrindu. Tokios kilpos elgiasi kaip dirbtiniai kvantiniai objektai ir jų gamybos technologija jau gerai suderinta. Jas galima montuoti į įprastas elektronines schemas. Deja, veikia jos tik temperatūrose, artimose absoliučiam nuliui.

Karlsrūjės technologijų universiteto profesoriaus A. Ustinovo, dalyvavusio pirmojo RF superlaidaus kubito kūrime, nuomone, kvantinis kompiuteris gali būti sukurtas per artimiausius 10 metų. Pasak jo, tai dabar tai – grynai inžinerinė užduotis. Tačiau „inžinerinė“ nereiškia „paprasta“. Kol kas mokslininkams koherentišką kubitų būseną pavyksta išlaikyti tik sekundės dalis. O juk šią būseną reikia išlaikyti ne vienam, o bent jau dešimtims kubitų, ir pakankamai ilgai, kad būtų spėta atlikti skaičiavimus, tai yra, kad kubitai spėtų vienas kitą paveikti.

Šios užduoties sprendimui skiriami milijonai dolerių. Savo kvantinių kompiuterių projektus vykdo Google, IBM, Microsoft, daug valstybių.

Žinomiausias šios srities projektas – Kanados kompanijos D-Wave kvantinių skaičiavimų įrenginys, kuriame naudojami tūkstančiai kubitai. Tačiau tai nėra „tikras“ kvantinis kompiuteris, o kvantinis simuliatorius – įrenginys, galintis spręsti vieną užduotį – kvantinio atkaitinimo, labai sudėtingų funkcijų minimumo paiešką. Neseniai kūrėjai pranešė, kad sprendžiant šią užduotį, jiems pavyko pavyko aptikti kvantinį „pagreitėjimą“.

Numatomas kvantinio kompiuterio sukūrimo laikas mokslininkų prognozėse varijuoja nuo dešimčių iki šimtų metų. Tačiau niekas negali atmesti galimybės, kad kokia nors slapta grupė, suradusi sėkmingą technologinį sprendimą, sugebės sukurti „informacinę atominę bombą“ kad ir rytoj.

Tenorime įspėti skaitytoją, kokios galimos to pasekmės. Kad vieną rytą pabudęs neveikiančio interneto ir bankomatų pasaulyje šis ne pultų panikuoti, o pasidžiaugtų, kad žmonija įveikė dar vieną pažinimo ribą.

I.Feropontov

Komentarai (1)