Японские исследователи сделали потрясающее открытие, установив связь между квантовыми вычислениями и криптографией. Это открытие изменяет наше представление об обеих областях и может нарушить работу ранее считавшихся безопасными криптосистем.
Эксперты уверены, что перспективы компьютерных технологий связаны с квантовыми вычислениями. В отличие от традиционных систем, квантовые компьютеры используют уникальные свойства микромира — суперпозицию и интерференцию, что позволяет им потенциально многократно превзойти современные устройства. Явление, при котором квантовая машина решает задачу, недоступную классическим системам, называется квантовым преимуществом. Однако оно не проявляется постоянно, что ставит перед учеными важный вопрос: при каких условиях возникает это преимущество?
Ранее исследователи выдвинули возможные критерии, которые могут гарантировать наличие квантового преимущества, но полного понимания, когда и почему оно возникает, пока не достигнуто. Чтобы разобраться в данном вопросе, группа специалистов из Киотского университета решила комплексно подойти к задаче, объединив теорию квантовых вычислений и криптографию — раздел математики, занимающийся защитой конфиденциальной информации.
Ученые сосредоточились на конкретном классе протоколов, известных как доказательства квантовости с неэффективным верификатором. Они позволяют удостовериться, что устройство действительно демонстрирует квантовую мощь, даже если проверяющий не обладает квантовыми технологиями. В ходе экспериментов было установлено, что работоспособность таких протоколов тесно связана с наличием особого элемента криптографии — односторонней головоломки.
Исследователи предложили единую модель, связывая ранее несочетаемые понятия квантового преимущества и криптографической защиты. Впервые была установлена зависимость между этими явлениями. Выяснилось, что отсутствие квантового преимущества делает уязвимыми многие криптографические протоколы, которые традиционно считались абсолютно надежными. Это касается не только перспективных квантовых методов шифрования, но и обычных классических алгоритмов, широко используемых в практике.
Обнаруженная взаимосвязь имеет значительное значение не только для будущего практического подтверждения квантового преимущества, но и для текущего развития всей области квантовых исследований. «Квантовое преимущество — это долгожданная и активно изучаемая концепция, но она до сих пор не до конца изучена. Наше исследование представляет собой значительный шаг к глубокому пониманию этого свойства», — отмечают авторы.
Команда надеется, что дальнейшие исследования позволят описать другие типы квантовых преимуществ и в конечном итоге приведут к созданию более общей теоретической основы.
Тем временем ИИ помог физикам найти наипростейший способ достижения квантовой запутанности.
Фото: hi-tech.mail.ru