FAQ: Квантовые технологии

6 фактов о новом способе компьютерной безопасности, сверхточных хронометрах и квантовых датчиках

28.04.2014
4 983
Jack Crossen

В нашем веке информационные сети являются основой существования общества, его мозгом. Любое мало-мальски значительное нарушение функционирования этих сетей способно парализовать общество, поставить его на колени.

1. Концепция «открытого ключа»

Компьютерная безопасность, безопасность передачи информации является основой безопасности существования общества. Информация, которую мы передаем по нашим сетям, зачастую конфиденциальна. Допустим, мы покупаем книжку в интернете, вводим номер нашей кредитной карточки. Этот номер передается в зашифрованном виде, чтобы никакой хакер не мог подключиться к каналам передачи, украсть номер кредитной карточки и использовать его для своих собственных покупок.

Квантовые технологии Физик Александр Львовский об информационной безопасности, квантовой криптографии и сверхточных хронометрах

Проблема в том, как этот шифр создать. Ведь ваш компьютер никогда до этого не общался с сервером магазина, то есть эти два компьютера никогда раньше не могли договориться о каком-то секретном коде для передачи информации. Казалось бы, в таких условиях что-либо зашифровать невозможно, ведь хакер все слышит.

Но, оказывается, в 70-х годах была разработана концепция так называемого «открытого ключа». Она основана на некой математической задаче, которую придумывает адресат, с помощью которой сообщение шифруется. Адресат, придумавший эту задачу, может легко расшифровать зашифрованное с её помощью сообщение. А хакеру, который решения задачи не знает, придется попотеть. Можно сделать такой ключ, который от обычного современного компьютера потребует многих лет вычислений.

2. Квантовый компьютер

Способ «открытого ключа» ― это не абсолютная безопасность. Если кто-то сможет изобрести какой-то другой компьютер, который гораздо мощнее обычного классического, то он сможет открыть этот код, сможет расшифровывать системы с открытым шифром и таким образом обретёт практически неограниченный доступ как к финансовым потокам, так и к секретной информации.

Пока это только гипотеза, однако идея такого устройства уже существует ― это так называемый квантовый компьютер. Идея эта принадлежала гениальному физику ХХ века Ричарду Фейнману, который предложил концепцию компьютера, основанного на квантовом свойстве объектов находиться в состоянии суперпозиции. Квантовый компьютер будет решать не одну, а множество задач, находящихся в состоянии суперпозиции. Благодаря этому можно достичь колоссального параллелизма вычислений. Если кому-то удастся построить компьютер, основанный на квантовых свойствах материи, то такой компьютер для решения определенного класса задач сможет работать гораздо быстрее, чем обычные.

Понятно, что если мы решаем набор задач в состоянии суперпозиции, то решение тоже будет в состоянии суперпозиции. Извлечение из этого набора нужного решения оказывается не очень простой задачей, поскольку это возможно только в некоторых отдельных случаях. На сегодня практически единственная задача, для которой квантовый компьютер может быть полезен, ― это задача расшифровки криптографических кодов с открытым ключом.

3. Квантовая криптография

Многие сейчас думают, что квантовый компьютер ― это такой же обычный компьютер, только более быстрый. Это совершенно не так, поскольку квантовый компьютер ― это главным образом орудие не созидания, а орудие уничтожения, атомная бомба информационного века. Однако его на самом деле очень трудно сделать. Это, пожалуй, самая отдаленная и самая сложная из существующих квантовых технологий.

Гомоморфное шифрование облачных системIT-специалист Александр Тормасов о виртуализации, индексации данных и технологии шифрования

На самом деле квантовые технологии предлагают нам не только способ разрушения информационной структуры общества, но и способ защиты от хакерства. Существует такая технология, как квантовая криптография, идея которой заключается в том, что информация передается с помощью элементарных частиц света ― фотонов. Другими словами, каждый бит переносится одним каким-то фотоном. И если появляется какой-то хакер, который попытается эти фотоны украсть или померить, какое у них состояние, и, соответственно, узнать передаваемое сообщение, то этот хакер эти фотоны неизбежно разрушит, потому что хакер большой, а фотоны маленькие. И таким образом он неизбежно будет замечен, и нарушение информационной безопасности удастся предотвратить.

4. Определение квантовых технологий

Квантовые технологии дают не только способ нарушения информационных сетей, но и способ поддержки их безопасности. Квантовые технологии не ограничиваются только информационной сферой. Квантовая технология в целом ― это технология, которая основана на манипуляции сложными квантовыми системами на уровне их индивидуальных компонентов, а не просто технология, основанная на квантовой физике. Допустим, транзистор, согласно этому определению, не является квантовой технологией, потому что, хотя он и основан на квантовой физике, в нем нет управления индивидуальными электронами, а в квантовых технологиях речь идет именно об управляемых квантовых частицах.

5. Сверхточные хронометры и геопозиционирование

Как мы предполагаем, квантовые технологии произведут в нашем обществе в ближайшие несколько десятилетий примерно такую же революцию, какую совершили полупроводниковые технологии в течение последних 50-60 лет.

Атомные часыФизик Юджин Ползик о точности часов, стандарте измерения и гравитационном замедлении времени

Например, развитие сверхточных хронометров повысит точность часов на несколько порядков. Казалось бы, уже есть очень точные атомные часы, которые гораздо лучше тех, которыми мы пользуемся сейчас. Но оказывается, что дальнейшее повышение точности все равно необходимо ― в частности, для геопозиционирования. Они получают сигналы от нескольких спутников, сравнивают времена, когда они приходят, и благодаря этому вычисляют расположение на местности.

Пока такие системы недостаточно точны, поскольку определяют позицию с точностью до нескольких метров. Мы сами много раз наблюдали такое: если ведем машину, очень часто можем ошибиться улицей или даже направлением. А при использовании более точных компактных часов, которые нам дадут квантовые технологии, геопозиционирование сможет достичь миллиметровой точности, что позволит в итоге полностью автоматизировать вождение наземных, наводных и воздушных транспортных средств.

6. Квантовые датчики

Другой пример квантовых технологий ― это микроскопические квантовые датчики, которые обладают, во-первых, колоссальной чувствительностью, а во-вторых, колоссальным пространственным разрешением. Такой датчик можно внедрить, например, в клетку и понять биологические процессы, которые происходят в ней, понять, почему эта клетка болеет и как ее вылечить. Или же можно внедрить такую клетку в мозг, чтобы понять, какова его структура, научиться репродуцировать эти структуры, лечить болезни мозга или, может быть, в отдаленном будущем даже создать какой-то электронный аналог мозговой структуры, искусственное сознание.

PhD in Physics, профессор физического факультета университета Калгари, руководитель научной группы, член научного совета Российского квантового центра, редактор научного журнала Optics Express
Узнал сам? Поделись с друзьями!
  • u u

    жиды ведут нас не туда

    Опубликовано материалов
    03585
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    10 705
  • 2
    Гасан Гусейнов
    5 641
  • 3
    Марк Юсим
    2 824
  • 4
    Алексей Лебедев
    2 285
  • 5
    Алексей Муравьёв
    2 202
  • 6
    Михаил Соколов
    2 152
  • 7
    Андрей Цатурян
    1 978
  • Новое

  • 1 755
  • 1 151
  • 1 252
  • 2 152
  • 10 705
  • 1 978
  • 1 971
  • 5 641
  • 1 729