Ще излезе ли човечеството от „пясъчника на детската площадка” на компютърните изчисления ?

Първият квантов компютър трябва да се появи следващата седмица. Компанията D-Wave от Британска Колумбия обещава да демонстрира машина, която извършва 64 000 операции едновременно в паралелни “вселени”.

Ако новата машина влезе в действие ще направи безполезни сегашните схеми за сигурност. Квантовият компютър ще може да разбие днешните кодиращи схеми, тъй като има неограничени ресурси за паралелни изчисления.

Машината, която D-Wave се готви да покаже, използва процесор само с 16 qubits*. Но системи със стотици qubits ще са способни да обработват повече входни данни, отколкото са атомите във вселената.

Ускорението постигано от квантовите компютри може да даде огромен тласък на физиката, химията, нанотехнологията, биологията и медицината, които днес са ограничени от ниската скорост на съвременните изчисления. Например: някои от съвременните симулации, които отнемат на суперкомпютъра Blue Gene на IBM ГОДИНИ, ще отнемат на квантов компютър само СЕКУНДИ.

* Квантов бит или кюбит (qbit) е единица квантова информация. Тази информация се описва чрез „вектор на състоянието” в квантова механична система с две състояния. (съдържа експоненциално по-голямо количество информация от традиционните битове)

За по-любопитните:

Квантов компютър е всяко изчислително устройство, което използва квантови механични феномени като superposition и entanglement, за да изпълнява операции върху данни. В класическите (конвенционални) компютри, количеството данни се измерва чрез битове; в квантовият компютър данните се измерват чрез qubits*. Основният принцип на квантовите изчисления е, че квантовите характеристики на частици могат да бъдат използвани за представяне и структуриране на данни.

Изследванията в теоретичната и практична области продължават във френетична треска и много национални държавни и военно-финансирани агенции поддържат изследванията за квантови изчисления за разработването на квантов компютър.

Класическият компютър притежава памет направена от битове, където всеки бит съдържа стойност 1 или 0. Устройството работи като манипулира тези битове, тоест като ги транспортира от паметта към логически гейтове и обратно. Квантовият компютър поддържа вектор от qubits. Един qubit може да съдържа 1,0 или суперпозиция от двете.

Bits срещу qubits

Представете си класически компютър, който оперира с 3 битов регистър. Във всеки един момент битовете в този регистър са определено състояние, например „101”. В квантовият компютър qubits могат да бъдат в суперпозиция на всички класически възможни състояния. Фактически регистъра се описва чрез вълнова функция:

Image:КВАНТОВ КОМПЮТЪР

Където коефициентите á, â, ã,... са комплексни числа описващи вероятността за измерване на qubits във всяко едно състояние.

За един n qubit-ов квантов регистър, записването на състоянието на регистъра изисква 2n комплексни числа (3-qubit регистър изисква 23 = 8 числа). Следователно броят на класически състояния кодиран в квантов регистър расте експоненциално със броя на qubit-овете. За n=300, това е около 1090, което е повече от броя на атомите в известната ни вселена.

Мощта на квантовите компютри

Вярва се, че целочислената факторизация е неизчислима с обикновен компютър за големи числа продукт на 2 прости числа с приблизително еднаква големина (напр. продукт на 2 прости 300 цифрени числа). За сравнение един квантов компютър може да реши този проблем сравнително лесно. Ако числото има n бита (n цифри дълго при запис в двоична бройна система, то тогава един квантов компютър със само 2n qubits може да използва алгоритъма на Шор за да намери неговият фактор. Той също може и да реши свързаният проблем наречен ”дискретен логаритъм”. Тази способност ще позволи на квантовият компютър да „счупи” криптографските системи които се използват днес. В частност повечето от популярните публични шифриращи ключове могат много бързо да бъдат разбити, включително RSA и ElGamal. Последните два се използват за защита на криптирани Web страници, криптирана поща и много други типове данни. ЕДИНСТВЕНИЯТ начин за повишаване на сигурността на алгоритми като RSA е да се увеличи размера на ключа и НАДЕЖДАТА ЧЕ ПОДСЛУШВАЩИЯТ НЯМА РЕСУРСИТЕ ДА ПОСТРОИ И ИЗПОЛЗВА достатъчно мощен компютър.

Нека предположим, че един проблем има следните характеристики:

Единственият начин за разрешаването му е да се подават отговорите периодично и да се проверяват

Има n възможни отговора за проверка,

Всеки възможен отговор изисква еднакво време за проверка

Няма подсказки за това кои отговори са по-добри: генерирането на случайни отговори е толкова добро, колкото и последователното им изброяване.

Пример за това е разбивач на пароли, който се опитва да отгатне паролата за шифрован файл (предполагайки, че паролата има определена максимална дължина).

За проблеми с гореописаните 4 характеристики ще отнеме средно (n + 1)/2 проби за намиране на отговора използвайки класически компютър. Необходимото време на един квантов компютър за решаване на проблема е корен квадратен от n. Това може да е изключително голямо ускорение, намалявайки някои проблеми от години на секунди. То може да бъде използвано за атака на симетрично криптиране като Triple DES и AES.

Comments (1)
Stanislav Nikolaev February 13th, 2007 06:20:02 PM

 Comments
1) КВАНТОВ КОМПЮТЪР
Aeksander 05/09/2009 12:00:45 AM

Дано да не се заровим в пчсъ12345678ника само ;)

 Add a Comment
Subject:
   
Name:
E-mail:
Web Site:
 
Comment:  (No HTML - Links will be converted if prefixed http://)
 
Remember Me?    
Add to Technorati Favorites