Начало конца шифрования: создан масштабируемый квантовый компьютер для разложения чисел на множители

Строительство большой квантовой системы обойдется в колоссальные деньги, но речь уже идет «не о теоретической физике, а о практической инженерной задаче», утверждают исследователи из МТИ и Инсбрукского университета, построившие квантовый вычислитель на ионных ловушках.

В 1994 году профессор МТИ Питер Шор разработал квантовый алгоритм разложения чисел на множители, способный работать практически с такой же скоростью, с которой действуют алгоритмы шифрования с открытым ключом. Надежность таких алгоритмов зависит от неспособности современных компьютерных систем раскладывать большие числа на множители за разумное время. За прошедшие годы исследователей проверили действенность алгоритма Шора на экспериментальных системах с малым числом кубитов, раскладывавших на множители маленькие числа. Но чтобы была возможность взлома современных схем шифрования, нужен квантовый компьютер с несколькими сотнями кубитов.

И вот на днях исследователи из МТИ и Инсбрукского университета опубликовали в Science доклад о том, что им удалось построить масштабируемый квантовый компьютер на ионных ловушках, который с помощью алгоритма Шорра разложил на множители число 15. Как утверждают ученые, увеличивать количество кубитов в их компьютере можно просто добавляя атомы и лазеры. Таким образом, говорят исследователи, они создали первую масштабируемую реализацию алгоритма Шора. Строительство большой квантовой системы обойдется в колоссальные деньги, но речь уже идет «не о теоретической физике, а о практической инженерной задаче», утверждают они.

Попутно ученые придумали, как уменьшить количество кубитов, необходимое для реализации алгоритма. К примеру, для разложения на множители числа 15 в обычном случае нужно 12 кубитов, а аппарату на ионных ловушках достаточно пяти, каждый из которых представлен одиночным атомом, удерживаемым в состоянии суперпозиции двух энергетических уровней. Стабильность квантовой системы обеспечивается за счет удаления одного электрона из каждого атома и удержания атомов на месте с помощью электрического поля. По словам исследователей, квантовые вентили, используемые в алгоритме Шора, создаются путем воздействия на 4 из 5 атомов лазерными импульсами, а передача результатов выполняется через пятый атом.

В IBM, где некогда тоже проверили действенность алгоритма Шора на системе с малым числом кубитов, с похвалой отозвались о разработке ученых, отметив что для создания компьютера достаточного масштаба понадобится на порядки больше кубитов, причем их нужно будет перебрасывать между ловушками сложного устройства с помощью тысяч одновременных управляющих лазерных импульсов.