Авторы: Савранский Егор, Сиверухин Никита. В последние десятилетия мы можем свидетельствовать о стремительном развитии технологий, приводящем к революционным изменениям в области вычислений. Одним из наиболее перспективных направлений становится исследование квантовых компьютеров, которые обещают перевернуть представление о возможностях вычислительных систем.

Квантовые компьютеры базируются на принципах квантовой механики и способны выполнять вычисления существенно более эффективно по сравнению с классическими компьютерами. Это вызывает не только глубокий интерес в научных кругах, но и привлекает внимание предприятий, исследовательских лабораторий и правительств, стремящихся к созданию более мощных и устойчивых вычислительных систем.

Однако революция квантовых вычислений затронет и область шифрования. В последние годы наблюдается значительный интерес к использованию квантовых компьютеров для взлома традиционных методов шифрования, что может иметь серьезные последствия для безопасности конфиденциальных данных.

В данном исследовании мы постараемся ответить вопрос, является ли появление квантового компьютера угрозой для современной криптографии и шифрования.

Основные принципы работы квантового компьютера

Квантовые компьютеры получили большую огласку в современном информационном пространстве наряду с искусственным интеллектом, машинным обучением и прочими высокотехнологическими терминами.

Что же такое квантовый компьютер? Это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовая суперпозиция, квантовая запутанность) для передачи и обработки данных. В качестве носителей информации он использует квантовые объекты, которые в свою очередь объединены в квантовую систему для произведения вычислений.

Квантовые объекты обладают следующими свойствами:

• Имеет определенное состояние с двумя граничными уровнями: это означает, что объект может иметь два состояния, как бит. Примером из реальной жизни может являться обычная монетка.
• Находится в суперпозиции своего состояния до момента измерения: некоторых источники объясняют это тем, что объект находится в двух состояниях одновременно до осуществления вычисления, но правильнее сказать, что объект имеет некоторую вероятность встать в состояние A или в состояние B, и в сумме эти вероятности равны 1 (например, при подбросе монетки мы не можем узнать на какую именно сторону она упадет);
• Запутывается с другими объектами для создания квантовых систем: квантовые объекты в квантовой системе имеют взаимосвязь и влияют друг на друга (несколько подброшенных монет могут сталкиваться между собой и влиять на результаты друг друга);
• Выполняет теорему о запрете клонирования (нельзя скопировать состояние объекта): до начала вычисления нельзя отследить состояния квантовых объектов в системе, ровно, как и скопировать систему целиком.

Любой объект, для которого выполняются свойства квантового объекта и который мы можем создать и управлять, может использоваться как носитель информации в квантовом компьютере. По-другому физические носители информации в квантовых компьютерах называют кубитами. Наиболее известные из них:

• сверхпроводниковые кубиты;
• зарядовые кубиты;
• ионные ловушки;
• квантовые точки.

Стандартные алгоритмы, которые накопило человечество к текущему моменту, совершенно не подходят для реализации на квантовом компьютере. Они требуют создания совершенно иных алгоритмов – квантовых.