Квантовите компютри биха могли да причинят безпрецедентни смущения както по добри, така и по лоши начини, от разбиване на криптирането, което защитава нашите данни, до решаване на някои от най-трудните пъзели на химията. Нови изследвания ни дадоха повече яснота за това кога може да се случи това.
Съвременните схеми за криптиране разчитат на дяволски трудни математически задачи, чието разбиване би отнело дори на най-големите суперкомпютри. Но уникалните възможности на квантовия компютър означават, че при достатъчен размер и мощност тези проблеми стават лесни, което прави днешното криптиране безполезно.
Това е голям проблем за киберсигурността и също така представлява голямо предизвикателство за криптовалутите, които използват криптографски ключове за защита на транзакциите. Ако някой може да разбие основната схема за криптиране, използвана от биткойн, например, той ще може да фалшифицира тези ключове и да промени транзакциите, за да открадне монети или да извърши друга измамна дейност.
Това ще изисква далеч по-големи квантови компютри от тези, които имаме днес, но не е ясно колко точно големи. Нова статия в AVS Quantum Science от изследователи от британския стартъп Universal Quantum разработи, че ще е необходима машина с 317 милиона до 1,9 милиарда кубита, за да разбие биткойн.
Диапазонът от кубити е широк, защото има променлив прозорец, в рамките на който транзакциите са уязвими. Това е докато те чакат да бъдат обработени, което обикновено отнема между десет минути и един час. Квантов компютър в долния край на тази скала би могъл да засече някои транзакции, но само 1,9 милиарда кубита биха гарантирали, че можете да се насочите към всички тях. Понякога преминаването на транзакциите може да отнеме дори един ден, като в този случай изследователите са изчислили, че ще ви трябват само 13 милиона.
Важно е да се отбележи, че тези цифри се отнасят за конкретен вид квантов компютър. Неща като колко време отнема извършването на една операция или колко грешки се прокрадват в изчисленията, могат да варират значително в зависимост от конкретния тип хардуер, използван за изграждане на квантовия компютър, и тези фактори могат да имат голямо влияние върху броя на необходимите кубити .
За да заобиколят това, изследователите създадоха инструмент, който взема предвид тези хардуерни характеристики, докато изчислява колко голямо устройство е необходимо за конкретен проблем. Цифрите по-горе се отнасят за машина с време на работа от една микросекунда, което е типично за свръхпроводящите квантови компютри, изграждани от Google и IBM.
Устройствата с уловени йони, предпочитани от Universal Quantum, IonQ и Honeywell, имат време на работа, по-близо до 235 микросекунди. За тези, които разчитат на силициеви кубити, времената могат да пълзят до милисекунди, което може значително да увеличи броя на необходимите кубити.
Изследователите също така изследваха друг проблем, при който се очаква квантовите компютри да издухат конвенционалните компютри от водата: симулиране на молекули. Огромната сложност на изчисляването на взаимодействията между дори малък брой частици означава, че повечето модели на химията разчитат на приближения и дори те изискват суперкомпютри. Но квантовите компютри се управляват от същите правила като атомите и молекулите и така, ако имат достатъчно кубити, трябва да могат да извършват точни симулации в разумни времеви рамки.
Една обещаваща цел за подобно моделиране е молекулата FeMoco, която някои растения и микроорганизми използват за фиксиране на азот от въздуха. Разбирането как работи може да доведе до огромно повишаване на ефективността в производството на торове, индустрия, която в момента използва два процента от световното енергийно снабдяване.
Конвенционалните компютри не са в състояние да симулират молекулата, но изследователите откриха, че свръхпроводящо устройство може да реши изчисленията за 10 дни, използвайки само 7,5 милиона кубита. Използвайки същия брой кубити, устройство с уловени йони ще отнеме 2450 дни, което вероятно не е практично, но можете да постигнете 10-дневен обрат с машина с 600 милиона кубита.
Специфичният дизайн, към който се насочва Universal Quantum, обаче има един трик в ръкава си. Свръхпроводящите кубити могат да говорят само директно със своите съседи и всяка комуникация на дълги разстояния изисква последователни вериги от взаимодействия за предаване на съобщения, които могат да поемат много операции. За разлика от това, компютрите с уловени йони са в състояние физически да преместват своите кубити наоколо, за да им позволят да взаимодействат директно на много по-големи разстояния.
Това намалява броя на необходимите операции, което от своя страна трябва да намали броя на необходимите кубити. По-важното е, че може да отвори вратата към нови схеми за коригиране на грешки, които могат да бъдат значително по-ефективни от тези, използвани при свръхпроводящи устройства.
Така или иначе, изследването предполага, че както кракването на биткойн, така и разрешаването на азотната фиксация вероятно все още са далече. И което е по-важно, това показва, че мащабируемостта ще бъде изключително важна за квантовите компютри, особено за тези, базирани на уловени йони, които вероятно ще се нуждаят от значително повече кубити от техните свръхпроводящи конкуренти.
Изображение: Дарвин Лаганзон от Pixabay
Търсите начини да изпреварите темпото на промяната? Преосмислете какво е възможно.Присъединете се към високо подбрана, ексклузивна кохорта от 80 ръководители за водещата Executive Program (EP) на Singularity, петдневна, напълно поглъщаща програма за трансформация на лидерството, която нарушава съществуващите начини на мислене. Открийте нов начин на мислене, набор от инструменти и мрежа от колеги футуристи, посветени на намирането на решения за бързия темп на промяна в света. Щракнете тук, за да научите повече и да кандидатствате днес!
