Квантовые технологии

Привет, Хабр! Ушедший год оказался непростым, но тем не менее богатым и на фундаментальные открытия, и на технологические прорывы. Сегодня поговорим о самых запомнившихся результатах.

Credit: scitechdaily.com

Современный интернет полагается на сложные алгоритмы шифрования для защиты информации, но хакеры приспосабливаются и учатся обходить такие системы, что приводит к кибератакам по всему миру. По прогнозам экспертов, ущерб экономике от кибератак продолжит свой рост, хотя мировая экономика уже теряет триллионы долларов ежегодно. С учетом этого, интерес к поиску альтернативы интернету выглядят всё более обоснованным, и создание квантовой сети выглядит хорошей заменой стандартным методам шифрования.

Благодаря команде ученых, создавших прототип многопользовательской квантовой сети, человечество стало ближе к созданию безопасного аналога интернета. В публикации разобрана квантовая сеть, объединяющая 8 пользователей в связный граф, и это самая большая на момент выхода статьи сеть, не требующая никаких доверительных узлов. То есть, любой пользователь может одновременно обмениваться защищённым ключом с любым другим, для чего требуется только 8 пар каналов длин волн и минимальное пользовательское оборудование.

Благодаря законам физики, в сети возможна передача сообщения полностью безопасными от перехвата способом. А в силу относительной, по сравнению с другими квантовыми сетями, дешевизне, также получается преодолеть серьезные проблемы, которые ранее ограничивали прогресс в этой технологии.

В наше время каждый слышал о сотовых сетях нового поколения 5G. Неотъемлемой частью 5G является поддержка сценариев Интернета Вещей. При этом важнейшей задачей при проектировании таких сетей является обеспечение безопасности при передаче и хранении данных. Современные классические методы криптографии всё ещё являются достаточно надежными. Однако, стремительное развитие квантовых вычислений ставит под сомнение надежность классических методов, основанных на математических вычислениях, в недалеком будущем. Поэтому уже сейчас необходимо создавать и развивать квантовые методы шифрования для будущих приложений. В данной статье мы рассмотрим шифрование на основе квантовых блужданий для видео-трафика и файлов, предлагаемые для использований в сценариях Интернета Вещей в сетях 5G.

Куда движутся современные технологии квантового распределения ключей? В статье рассматривается один из новых протоколов квантового распределения ключей, основанный на случайных группировках и измерениях состояний Белла. На его примере предлагается подумать о будущем квантовой криптографии.

Приветствую всех, кого привело сюда желание узнать про один из протоколов квантовой криптографии, поскольку возможное появление в ближайшем будущем квантового компьютера поставит под угрозу многие существующие методы криптографии.

На данный момент предложены протоколы, подробный разбор которых вы можете встретить и на Хабре, но я могу рекомендовать вам статью с довольно неплохим обзором: кликать сюда

Стоит отметить отличительную особенность AK-15 - это наличие аутентификации между законными пользователями.

Самая известная криптографическая проблема - передача секретных сообщений. Для этой задачи чаще всего используют криптосистемы с закрытым ключом: Алиса (отправитель) шифрует информацию с помощью ключа, а Боб (получатель) им же расшифровывает сообщение. К сожалению, криптосистемы с закрытым ключом имеют серьезные сложности в практической реализации. Основной вопрос - как раздать ключи? Во многих отношениях проблема распределения ключей так же сложна, как и проблема приватного общения - злонамеренная третья сторона может подслушивать распределение ключей, а затем использовать перехваченный ключ для расшифровки сообщений. Существует множество способов решения данной проблемы, один из них квантовая криптография, метод генерации и передачи криптографических ключей, секретность которых гарантирована законами квантовой механики.

Концепция «квантового объёма» от IBM предлагает вынести измерение прогресса в квантовых вычислениях за пределы простого подсчёта кубитов

Продолжаем рубрику тем для первого свидания. На сегодняшней повестке дня — упрощение схем для квантовых программ методами ZX-исчисления.

На Хабре практически нет информации про квантовое машинное обучение (Quantum Machine Learning), и в этой статье я постараюсь подробнее раскрыть тему. Сразу скажу, что промышленных квантовых компьютеров сегодня не существует, все основные разработки в этой области носят теоретический характер, а задачу, которую мы будем разбирать в статье можно решить «по классике» за доли секунд. Но ведь еще 30 лет назад была так называемая «зима искусственного интеллекта», а сегодня нейронные сети буквально окружают нас. Кто знает, может быть вскоре и квантовые компьютеры станут неотъемлемой частью нашей жизни? К тому же область квантовых вычислений, а тем более область QML, обладает особой притягательностью и таинственностью и, как минимум, стоит быть замеченной.

В статье я постарался рассказать о QML в целом, а также об основном строительном блоке QML — Variational Quantum Circuit. Большую часть статьи я постарался сделать практической, c примерами кода на Cirq, а в конце — добавил реализацию одного из базовых алгоритмов QML на Tensorflow Quantum.

Мы очень стараемся отслеживать тренды ещё на этапе их формирования и готовить для русскоязычных читателей наиболее актуальные книги. Сегодня я покажу, как это происходит. Для примера возьму довольно необычную тему – программирование квантовых компьютеров.

Эта история началась 4 года назад и теперь, в конце 2020, у нас уже сформирован небольшой, но весьма доступный и актуальный портфель.

Мы живем буквально в преддверии эпохи квантовых компьютеров. Первые экспериментальные машины уже прямо сейчас доступны для тестирования благодаря облачным технологиям — и об этом мы отдельно поговорим в конце статьи.

Но имя одного из крупнейших физиков XX века, плоды работы которого мы пожинаем сейчас, спустя 100 лет, часто остается за кадром. Шатьендранат Бозе мало кому известен за пределами родной страны. Западные СМИ вспоминают его исключительно в паре с Эйнштейном, ограничиваясь только фамилией.

Перед вами биография ученого из Индии, патриота и мыслителя. Он сделал для своей страны не меньше, чем его современница Ся Пейсу — для Китая.

Страну создают не только её культура и традиции. Крупнейшие государства покоятся на плечах ученых, которые, подобно атлантам, закладывают фундамент для будущего процветания своих сограждан.

… вы нигде не найдете.

По крайней мере, у меня не получилось сделать его таковым. Требование определенного и большого числа пространственно-временных измерений (26 для более простой бозонной теории струн и 10 для более сложных суперструн) это один из наиболее неправильно понимаемых аспектов, который, собственно, является основным источником негативных чувств к данной теории. Придется очень постараться, чтобы объяснить происхождение этих странных чисел неспециалистам.