Согласно последним исследованиям, перспективные квантовые вычислительные системы, способные решать задачи, недоступные классическим компьютерам, могут потребовать значительно меньше ресурсов, чем предполагалось ранее. Как сообщает Newsoveraudio.com, для взлома современных криптографических протоколов, защищающих интернет-коммуникации, может оказаться достаточным наличие машины с несколькими десятками тысяч кубитов, а не миллионов.
Ранее в научном сообществе превалировала оценка, что для практического преодоления систем шифрования потребуются квантовые компьютеры, оснащённые миллионами квантовых битов. Однако свежий анализ демонстрирует, что алгоритм, основанный на эллиптических кривых, может быть скомпрометирован с применением аппарата, располагающего 9988 кубитами. Правда, сам процесс взлома, как уточняют специалисты, займёт порядка 1000 дней. Если же увеличить количество кубитов до 26 000, то на взлом уйдёт всего один день.
Эти расчёты, представленные 30 марта на портале arXiv.org, указывают на то, что угроза квантового криптоанализа для цифровой безопасности может материализоваться раньше ожидаемых сроков. Помимо криптографии эллиптических кривых, под прицелом оказался и другой широко распространённый стандарт — RSA-2048. Для его преодоления, по оценкам исследователей из Калифорнийского технологического института и квантовой компании Oratomic из Пасадены, Калифорния, потребуется около 100 000 кубитов, а сам процесс займёт приблизительно 10 дней.
Прорыв в коррекции ошибок
Ключевым фактором, позволяющим сократить требуемое число физических кубитов, стало развитие новых схем исправления квантовых ошибок. Традиционные методы создания надёжных логических кубитов (условно обозначаемых золотым цветом) из несовершенных физических кубитов (синих) были весьма ресурсоёмкими. Новаторский подход, детализированный в исследовании, обеспечивает получение значительно большего количества стабильных логических кубитов при том же числе физических, что кардинально меняет прогнозы о сроках появления мощных квантовых систем.
Помимо задач криптографии, столь оптимистичные оценки открывают новые горизонты для применения квантовых вычислений в других областях, где их потенциал до сих пор оставался в значительной степени теоретическим. Речь идёт о сложном моделировании в химии и материаловедении, а также о возможном ускорении развития алгоритмов искусственного интеллекта. Таким образом, прогресс в области коррекции ошибок приближает эру, когда квантовые компьютеры смогут вносить практический вклад в решение этих фундаментальных и прикладных проблем.
Это история, написанная человеком и озвученная ИИ. Есть отзывы? Пройдите наш опрос. (см. нашу политику в отношении II здесь.)
е, опубликованной на arXiv.org во Франции, в которой исследователи из Iceberg Quantum в Сиднее подсчитали, что шифрование RSA можно обойти за неделю с помощью квантового компьютера примерно со 100 000 кубитами. Эти две статьи, которые еще не прошли рецензирование, предполагают резкое сокращение по сравнению с 20 миллионами кубитов, которые, как считалось, были приняты всего несколько лет назад.
Это снижение во многом связано с усовершенствованиями в квантовой коррекции ошибок — методе, с помощью которого неисправные квантовые биты превращаются в надежные вычислительные инструменты. «Это имеет огромное значение для квантовых вычислений», — говорит физик Йенс Эйсерт из Свободного университета Берлина, который не участвовал в обучении. «Эта работа обнадеживает тем, что она нам говорит, что это может быть более осуществимо, чем мы думаем».
После этих и других результатов происходит изменение настроения. «Появилась новая волна надежды на то, что квантовые компьютеры действительно могут работать и, возможно, в ближайшие пять десятков лет действительно смогут взломать наше шифрование», — говорит математик Йенс Никлас Эберхардт из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга в Германии, который не участвовал в этом процессе. «Это неожиданно, но в то же время и пугающе». Это открытие может раскрыть секретные данные и поместить под угрозу безопасности такие криптовалюты, как Биткойн, которые основаны на криптографии на основе эллиптических кривых.
В двух статьях использовались усовершенствованные методы квантового исправления ошибок, использующие квантовые коды проверки четности с низким уровнем освещенности. Исправление ошибок обычно работает путем объединения нескольких неисправных кубитов в один надежный логический кубит. Эти логические кубиты затем использовались для выполнения вычислений. В зависимости от того, сколько кубитов входит в один логический кубит с исправлением ошибок, этот метод может создать огромные затраты кубитов.
Квантовые коды проверки эффективности с низким освещением могут создавать логические кубиты более эффективно, чем стандартные схемы. Но обычно они требуют, чтобы каждый кубит мог напрямую соединяться с другими кубитами. Это основа для многих наиболее известных типов квантовых компьютеров, которые записывают свои кубиты на чипы, на которых кубиты взаимодействуют в основном со своими ближайшими соседями.
Работа Оратомическая основана на типе квантового компьютера с кубитами, состоящими из отдельных атомов. Лазеры могут перемещать атомы, вызывая соединение всех кубитов друг с другом. «Работа предполагает, что квантовые компьютеры с исправлением ошибок абсолютно неизбежными», — говорит физик Долев Блувштейн из Oratomic. «Это кажется настолько близким и настолько достижимым, что человечество ни за что не останавливается».
Но использовать число в качестве ориентира — это всего лишь один шаг. «Это не значит, что проблема решена; веселье только начинается», — говорит Эйсерт. Во всех случаях забавно по размеру физика: «Нужно проработать множество деталей».
Прогресс в исправлении ошибок развивается быстро. 30 марта исследователи из Google Quantum AI опубликовали на веб-сайте компании статью и блог, в которых предположили, что квантовый компьютер с 500 000 кубов физическихитов, работающий в течение нескольких минут, может поставить под любую безопасность криптовалюты.
В целом, результаты, полученные некоторыми учеными, бьют тревогу: безопасность Интернета необходимо обновить как можно скорее. «Это, безусловно, еще более сильный стимул для людей перейти сейчас к квантовостойкой криптографии», — сказал в электронном письме ученый-компьютерщик Скотт Ааронсон из Техасского университета в Остине. «Им действительно стоит этим заняться!»