Квантовые компьютеры и криптография

Проанализировав сложившуюся ситуацию в квантовой физике, знаменитый американский физик Ричард Фейнман высказал идею, что подобные задачи должен решать особый квантовый компьютер. В своей известной статье «Моделирование физики на компьютерах» он убедительно показал, что необходимо разрабатывать принципиально иные вычислительные устройства.

Несомненно, что разработчикам квантовых вычислительных систем, основанных на квантово‑механических эффектах микрочастичной запутанности, в конце концов удастся добиться впечатляющего параллелизма вычислений. И даже если правы скептики, предрекающие, что мощный квантовый компьютер так и не будет никогда построен, исследования в этой области прикладной квантовой физики вполне могут привести ко многим неожиданным открытиям.

Существует и еще одно совершенно фантастическое направление исследований, которое связано с конструированием квантовых нейрокомпьютеров. Пока еще в этом направлении наука делает только первые шаги, но все больше биофизиков и нейрофизиологов начинают обсуждать возможность существования некоего «квантового сознания».

Совершенно неожиданное применение нашла квантовая информатика в криптографии – искусстве создания и расшифровки разнообразных кодов. Основная трудность, с которой сталкиваются современные шифровальщики, состоит в обеспечении такого обмена шифровальными ключами между отправителем и получателем, при котором никто не может скопировать их. Наступление эры квантовой информатики, и в частности появление квантовых компьютеров, способных быстро производить невероятно трудное разложение числовых шифровальных кодов на простые множители, ознаменует крах многих криптографических схем. Но тут квантовая информатика преподнесла второй сюрприз, ознаменовавший возникновение еще одной научной отрасли знания – квантовой криптографии. Как оказалось, абсолютно секретную связь вполне реально создать, используя квантовые способы передачи информации. К примеру, чтобы «подслушать» шифровку, передающуюся отдельными фотонами (квантами) через оптоволокно, необходимо каждый квант поймать, измерить его состояние и только затем вновь послать адресату. Вся беда в том, что проделать эти манипуляции без нарушения состояния отдельных квантов и квантовой системы в целом невозможно. Такие системы связи позволяют безопасным способом осуществлять передачу секретного ключа практически на неограниченные расстояния. Они уже выпускаются и используются для нужд спецслужб при наземной передаче информации, вскоре планируется их вывод в космос для создания систем передачи сверхсекретной информации.

Некоторые ученые полагают, что мечта о появлении квантовых компьютеров сможет осуществиться лишь при определенных прорывах в физике и технике эксперимента, когда квантовый мир станет более понятным людям. Однако вне зависимости от того, будет построен квантовый компьютер или нет, квантовые вычисления уже заняли свое место в информатике и математике, а опыт работы с отдельными атомами существенно обогатил возможности экспериментальной физики, химии и инженерии. Не вызывает никаких сомнений тот факт, что будущее компьютерной техники тесно связано с квантовой физикой. И наиболее перспективным направлением ее развития на данный момент считается создание квантовых компьютеров. Квантовые компьютеры будут использовать в качестве базовых элементов отдельные молекулы, поэтому, очевидно, их развитие невозможно без применения аппарата квантовой механики.

На примере истории квантовой информатики мы можем понять, как тесно развитие высоких технологий связано с развитием фундаментальных наук, насколько сильно первое зависит от второго. Поэтому, чтобы добиться успеха в сфере новых технологий, надо помнить о том, что служит их основой, и в первую очередь – о теоретической физике. Только успехи фундаментальной науки могут привести к открытию новых горизонтов в прикладных работах, к новым удивительным достижениям цивилизации.

Чтобы понять возможность существования парадоксальной квантовой нелокальности, лучше всего еще раз обратиться к мнению выдающегося физика, особым образом боровшегося с ней всю свою жизнь. Фактически для этого академику и нобелевскому лауреату де Бройлю пришлось создать свою параллельную версию квантовой теории, которую он назвал квантово‑волновой физикой.

Луи де БРОЙЛЬ