Уходящий год отчетливо дал понять, что в ближайшее время тренды на рынке кибербезопасности будут диктовать технологии. Блокчейн и искусственный интеллект все глубже проникают в бизнес- и государственные процессы, однако четких механизмов работы с ними все еще нет. Это формирует пространство для возникновения новых неизученных уязвимостей и атак. Продолжаем подводить киберитоги и киберпрогнозировать!
Привет, Хабр! Это заключительная в этом году статья в нашем блоге, посвящённая квантовым технологиям. Остаёмся на связи в 2025!
Введение
В своей работе в 2003 году году один из основателей компании Intel, Гордон Мур, указал на наличие физических пределов, которые не позволят продолжать процесс миниатюризации транзисторов до бесконечности. По мнению Мура, если скорость миниатюризации не уменьшится, то в ближайшем будущем компоненты компьютеров могут достичь атомарных масштабов, на которых они не смогут выполнять свои функции из-за влияния квантовых эффектов.
Квантовое распределение ключей (QKD) [1] является одним из наиболее стремительно развивающихся направлений в современной науке. Важнейшим преимуществом QKD является безопасность передачи персональных данных квантово-распределенными ключами, основанная на законах квантовой физики, а не на математических алгоритмах. Последние могут быть взломаны, а вот обмануть фундаментальные законы физики не представляется возможным.
Работа над развитием технологии QKD может рассматриваться в качестве основы в процессах безопасной передачи данных по глобальной сети. Лишь несколько вариантов топологий сетей до недавнего времени были предложены и проанализированы наряду с основными транспортными схемами и оценками их безопасности. Однако, существующее ограничение в расстоянии между двумя соседними узлами подталкивает к развитию широкомасштабных квантовых сетей, которые смогли бы охватить большие площади или превратиться в магистральные сети, соединяющие города и страны.
На днях вышла бомбическая новость: Google представила квантовый чип Willow, который подаётся не иначе как революционный. Если всё так, как нам рассказывают, то известный нам мир скоро сильно изменится. Если вы слабо представляете, что такое квантовая технология и зачем она нужна, то этот материал — для вас.
Морозным декабрьским утром, когда Люблино ещё спало под тяжелым снежным одеялом, я совершал свой ежедневный ритуал. Кофемашина, купленная на распродаже в девятнадцатом году привычно шумела на кухне, пока я просматривал утреннюю подборку финансовых новостей. За тридцать пять лет работы в банковской сфере у меня выработалась привычка начинать день именно так. Но в это утро новость на экране телефона заставили меня замереть с недопитой чашкой кофе.
СМИ взорвали новости о появлении самого быстрого компьютера в мире. Он за 5 минут смог решить задачу, которую классический ПК решал бы миллиард лет. Давайте посмотрим на чём эти и другие громкие заявления основаны и есть ли на данный момент хоть какие-то подтверждения прорыва в этом амбициозном очень-очень дорогом проекте.
Спойлер: нет.
Вот и очередная статья о чёрных дырах подъехала! И не просто о чёрных дырах – об информационном парадоксе, который является вопиющим примером несовместимости квантовой механики с общей теорией относительности. Последние годы всё чаще стали выходить публикации, авторы которых прямо заявляют об окончательном решении проблемы. С другой стороны, звучат слова скептиков о том, что парадокс в принципе неразрешим, пока не получено экспериментальное подтверждение гипотезы Хокинга об испарении чёрных дыр. Мне понадобилось много времени, чтобы разобраться в теме, собрать из отдельных паззлов цельную картину и определиться, какое из предложенных решений парадокса наиболее убедительно. Объяснить это лаконично, простыми словами, на естественном языке и без единой формулы, сохранив всю информацию до последнего бита, практически невозможно. У меня не получилось уложиться в одну статью, так что самое интересное будет здесь, в продолжении.
Из данной статьи вы узнаете, окружены ли чёрные дыры файерволлом; как частицам удаётся соблюдать моногамию запутанности, находясь в двух местах одновременно; может ли холонавт выбраться из чёрной дыры, а внешний наблюдатель – узнать о её содержимом по излучению Хокинга; что общего между запутанными частицами и червоточинами и как испарение чёрных дыр связано с квантовыми вычислениями.
Обычно, когда говорят о квантовых вычислениях, либо рассуждают о красотах квантовой механики, либо восторженно рассказывают о счастливом будущем, либо считают кубиты. Достаточно поискать новости по этой теме, чтобы наткнуться на десятки заголовков а-ля «Квантовое превосходство достигнуто», «Квантовые вычисления стали возможны при комнатной температуре». В итоге представление темы в медиаполе получается как в том меме и, мягко говоря, не соответствует действительности.
Давайте познакомимся: я Михаил Ремнев, ученый-физик, кандидат физико-математических наук, занимался численным моделированием и исследованием разных квантово-механических систем. Немного потрудился в государственном фонде, финансирующем инновационные проекты, участвовал в первых российских проектах по созданию кубитов, сейчас аналитик в Cloud.ru. В этой статье я расскажу о том, чего на самом деле достигли квантовые компьютеры, какие задачи и в каком объеме решены на данный момент, и так ли уж близок квантовый апокалипсис. Опираться мы будем не на медиа, а на рецензируемые публикации в научных изданиях.
Привет! В нашем блоге мы снова пишем про квантовые технологии. На этот раз - зарубежные.
Рассмотрим историю развития квантовых технологий в Китае и США, которая несомненно имеет важное значение для понимания современного состояния научных исследований. Начнём с США, где исследования в области квантовой физики и технологий имеют глубокие корни. Уже в середине XX века американские ученые начали активно изучать квантовую механику и осознавать огромный потенциал этой науки для создания новых технологий. Одним из значимых достижений стало появление первых квантовых компьютеров и разработка квантовых криптографических систем.
США не только вели фундаментальные исследования в области квантовой физики, но и активно инвестировали в промышленность, связанную с квантовыми технологиями. Благодаря этому сегодня американские гиганты, такие как IBM, Google и Microsoft, возглавляют разработку квантовых компьютеров и других инновационных продуктов на основе квантовых явлений.
Китай, в свою очередь, начал стремительно развивать квантовые технологии в конце XX века. Правительство страны осознало потенциал квантовых технологий для национальной безопасности и экономического развития и вложило огромные ресурсы в эту область. Китайские ученые стремительно расширяют свои знания в области квантовой физики и ведут активные исследования в области квантовой информатики, квантовых вычислений и криптографии. В настоящее время Китай ставит перед собой амбициозные цели в области квантовых технологий, нацелен на создание собственных квантовых компьютеров и систем криптографии. Китайские корпорации, включая Alibaba и Huawei, активно вкладывают средства в исследования и разработки в сфере квантовых технологий с целью занять лидирующие позиции на мировой арене.
Привет! Это снова я, но уже не про архитектуры — вернее не про классические архитектуры.
Для начала пара слов благодарности: предыдущая статья про RISC-V получила отличный отклик: 56 тысяч просмотров, 66 голосов и холивар на 200+ комментариев — читал с интересом. Спасибо! В этой статье вам тоже будет о чём похоливарить :)
Тут вот какое дело: на Хабре много написано про квантовые технологии и вычисления.
Но мне есть что сказать; и хочется верить, я могу сделать это интересно — зайду чуть с другой стороны.
Достижения в применении искусственного интеллекта к симуляциям в области физики и химии заставляют некоторых задумываться о том, понадобятся ли нам вообще квантовые компьютеры.
Добро пожаловать в захватывающий мир криптографии, где умы криптографов и криптоаналитиков соединяются в бесконечной схватке за секреты и шифры. Постарались наглядно объяснить, как работает квантовая криптография, как всегда - с примерами и юмором!
В древности люди задавались вопросом, как обезопасить передачу конфиденциальной информации, чтобы никто посторонний не смог её прочитать. Именно тогда появился шифр Цезаря - такой изощрённый, что символы в алфавите просто сдвигались на несколько позиций вправо или влево. Например, буква А становилась С, а Б - Д. Однако, несмотря на свою простоту, такой метод шифрования был достаточно легко расшифровать.
В настоящее время информация является ценным активом не только для государств и корпораций, но и для обычных людей. Мы все пользуемся мессенджерами и хотим, чтобы наши личные сообщения оставались конфиденциальными, доступными только нам и нашему собеседнику, и чтобы наши финансовые данные, когда мы совершаем онлайн-платежи, не были уязвимыми в сети интернет. Всё это возможно благодаря криптографии, которая, подобно незаметному телохранителю, оберегает наши секреты.
Что такое обычная криптография?
Обычная криптография - это искусство защиты информации путём шифрования и расшифрования данных. Для наглядного представления этого процесса помыслим себя в роли Штирлица, который перехватывает радиосигналы и записывает странные числовые последовательности для последующего анализа и расшифровки секретного сообщения. Чтобы превратить эти числа в понятные слова, необходим ключ, который может быть, к примеру, страницей книги или карточкой с уникальными символами. Главное, чтобы этот ключ был известен только отправителю и получателю сообщения, таким образом обеспечивая конфиденциальность информации.
Новая технология непрерывного размещения отдельных атомов именно там, где они нужны, может привести к созданию новых материалов для устройств, которые удовлетворят критические потребности в области квантовых вычислений и коммуникаций и которые невозможно получить обычными способами, говорят учёные, разработавшие её.
Исследовательская группа из Ок-Риджской национальной лаборатории Министерства энергетики создала новый усовершенствованный инструмент микроскопии, позволяющий «писать» атомами, помещая их именно туда, где они нужны, чтобы придать материалу новые свойства.
«Работая в атомном масштабе, мы также работаем в масштабе, где квантовые свойства возникают и сохраняются естественным образом», — говорит Стивен Джесси, материаловед, возглавляющий отдел характеристик наноматериалов в Центре нанофазных материалов ORNL, или CNMS.
В своей профессиональной деятельности как DevOps-инженер я часто сталкиваюсь с необходимостью обеспечивать безопасность и устойчивость инфраструктуры в условиях быстро развивающихся технологий. Одним из ключевых аспектов, на которые я обращаю внимание, особенно в свете появления квантовых компьютеров, способных нарушить работу традиционных криптографических алгоритмов RSA и ECC, является защита данных и коммуникаций. Поэтому я уделяю внимание одному из передовых направлений в постквантовой криптографии — суперсингулярным изогениям (SSI). Идея в том, что с помощью суперсингулярных эллиптических кривых и изогений между ними создают криптографические примитивы, устойчивые к атакам с использованием квантовых технологий. Эти изогении, будучи морфизмами между эллиптическими кривыми, сохраняют их алгебраическую структуру и обеспечивают высокую степень безопасности.
В этой статье я рассмотрю основы подхода и его значимость для защиты данных в будущей инфраструктуре.
В сентябре компания Microsoft сделала ряд объявлений, связанных с сервисом Azure Quantum Cloud. Среди них была демонстрация логических операций с использованием самого большого количества кубитов с коррекцией ошибок.
«С апреля мы втрое увеличили количество логических кубитов, — сказала технический специалист Microsoft Криста Своре. — Так что мы ускоряемся на пути к сотне логических кубитов». Компания также нашла нового партнёра в лице Atom Computing, которая использует нейтральные атомы для хранения кубитов и уже продемонстрировала оборудование с более чем 1000 аппаратных кубитов.
В совокупности эти анонсы являются последним признаком того, что квантовые вычисления вышли из младенческого возраста и быстро продвигаются к созданию систем, способных надёжно выполнять вычисления, которые было бы непрактично или невозможно выполнить на классическом оборудовании. Мы побеседовали с сотрудниками Microsoft и некоторыми её партнёрами по аппаратному обеспечению, чтобы понять, что будет дальше, чтобы приблизить нас к полезным квантовым вычислениям.
В 2022 г. Нобелевскую премию по физике получила команда трех ученых: Алан Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер за исследования в области квантовой запутанности, давших толчок развитию квантовой информатики. Тема эта очень интересна сама по себе и особенно интересна та мысль, которую А. Цайлингер продвигает в своих квантовых исследованиях.
Если вкратце, то Цайлингер и Ко показали, что квантовый мир принципиально невозможно описать классическими методами. Он другой. Принципиально. Это не просто наша уменьшенная реальность. Это, в некотором смысле, другая реальность, требующая и другой парадигмы мышления.
Как бы страшно это не звучало для некоторых, но по сути, Квантовая физика (КФ) - это, как говорил А.М. Семихатов, физика индетерминизма и вероятностей.
КФ носит вероятностный характер не потому что мы чисто технически не можем рассчитать всë, что нам нужно достаточно точно, а потому что квантовый объект находится в состоянии суперпозиции, и мы не можем в точности знать все его параметры не потому что у нас оборудование несовершенное, а потому что самих этих параметров как бы нет до измерения, их нет до тех пор, пока в ходе измерения не произойдет коллапс суперпозиции.
Квантовая запутанность - это феномен, с которого, во многом и начался почти 100 лет назад спор ученых, пытающихся еще удержаться в классической парадигме и ученых-"квантистов", ученых, скажем так, "нового поколения" (не по возрасту, а именно по парадигме мышления).
Ученые нового поколения заявили: нельзя измерить импульс и координату частицы одновременно. И дело тут не в измерительных приборах, а в самой реальности.
Группа исследователей из Quantinuum совершила значительный прогресс в создании квантового ИИ, представив первую масштабируемую модель квантовой обработки естественного языка (QNLP) — QDisCoCirc. Эта модель объединяет квантовые вычисления с ИИ, решая текстовые задачи, такие как ответы на вопросы, и открывает новые возможности для интерпретируемости и прозрачности в ИИ.
В отличие от традиционных «черных ящиков», где решения ИИ остаются непонятными, QDisCoCirc позволяет наблюдать внутренние квантовые состояния и связи между словами, обеспечивая прозрачность процесса принятия решений. Используя метод композиционного обобщения, эта модель эффективно обрабатывает большие наборы данных и может применяться в юриспруденции, медицине, финансах и других областях.
Хотя текущие квантовые процессоры ограничены по масштабам и точности, а исследование сосредоточено на упрощенных задачах, стремительное развитие квантовых технологий и амбициозные планы команды обещают значительные достижения в будущем.
В статье о том, как квантовые компьютеры могут изменить наше понимание и применение ИИ.
