Подходят ли квантовые вычисления для вашего бизнеса?

6 июля 2023 г.

По данным McKinsey & Company, в 2022 году инвесторы вложили 2,35 миллиарда долларов в стартапы в области квантовых технологий. С распространением квантовых технологий бизнес-лидеры могут задаться вопросом, подходят ли и безопасны ли квантовые вычисления для их работы.

Я взял интервью у Марио Миличевича, главного инженера компании MaxLinear, занимающейся аппаратным и программным обеспечением, и члена IEEE, чтобы рассказать о разработках в области квантовых вычислений для исследований и кибербезопасности.

Перейти к:

Что такое квантовые вычисления? Когда бизнесу следует использовать квантовые вычисления? Какие квантовые компьютеры доступны для использования? Как квантовая криптография изменит кибербезопасность?

Что такое квантовые вычисления?

Квантовые вычисления — это метод выполнения вычислений с использованием кубитов вместо двоичных битов. В то время как двоичные биты могут содержать одно из двух значений, 1 или 0, кубиты могут содержать комбинацию возможных значений. Эта комбинация или «суперпозиция» может предоставить квантовому компьютеру широкий спектр возможных значений для использования в вычислениях.

Еще одним важным качеством кубитов является их запутанность, то есть кубиты, находящиеся не в одном физическом пространстве, могут коррелировать друг с другом.

«Вы можете решать большие математические задачи [с квантовыми компьютерами], которые непомерно дороги для решения с помощью классических компьютеров. [Это проблема], которая у нас есть сегодня, потому что время вычислений просто растет в геометрической прогрессии», — сказал Миличевич.

Когда бизнесу следует использовать квантовые вычисления?

Бизнесу следует использовать квантовые вычисления, если математическая задача, которую необходимо решить, слишком сложна для того, чтобы обычные вычисления могли решить ее за разумное время. Фармацевтическая промышленность и индустрия материаловедения нашли варианты использования квантовых вычислений, чтобы выяснить, почему и как определенные молекулярные связи совпадают, или создать новые материалы.

Люди, которые хотят использовать квантовые вычисления для бизнеса, должны быть готовы платить за доступ к квантовому компьютеру. По словам Миличевича, самостоятельное строительство и эксплуатация одного из них может оказаться огромным финансовым бременем.

Миличевич также указал, что квантовые вычисления не всегда имеют отношение к задачам, которые пытается решить организация. Создание инфраструктуры требует огромных усилий и энергии (например, квантовые компьютеры необходимо охладить почти до абсолютного нуля).

«Для большинства [математических] задач классические компьютеры на самом деле превзойдут квантовые компьютеры. И что более важно, они превзойдут квантовые компьютеры при гораздо меньших затратах», — сказал Миличевич.

«Это действительно вопрос понимания: проблема, которую [я] пытаюсь решить, сложна математически?», — сказал Миличевич. «Существуют миллионы комбинаций? И если да, то неужели я пытаюсь что-то оптимизировать? Какова стоимость его запуска?»

ПОСМОТРЕТЬ: Почему ИТ-специалистам следует помнить о квантовых вычислениях (TechRepublic)

Область квантовых вычислений настолько нова, что многие крупные игроки все еще находятся на экспериментальной стадии. Большинство проектов, вероятно, будут осуществляться правительствами, крупными организациями или гигантами телекоммуникационной инфраструктуры. Тем не менее, это представляет собой интересную границу для вычислений и коммуникаций.

Какие квантовые компьютеры доступны для использования?

Чтобы воспользоваться преимуществами квантовых вычислений, компании может потребоваться арендовать место на компьютере. Некоторые варианты включают в себя:

IBM предоставляет API-доступ к своим ресурсам квантовых вычислений. Google предлагает библиотеку пакетов Python для программирования квантовых компьютеров. D-Wave Leap, который позволяет исследователям и разработчикам поминутно арендовать время на своем оборудовании, отличается тем, что в нем используется квантовый отжиг — математический процесс, который можно использовать для нахождения минимально возможного энергетического состояния. Например, проще говоря, его можно использовать для поиска наиболее эффективного маршрута для перемещения между многими точками. Amazon пытается стать рынком квантовых вычислений с Braket, платформой для разработчиков, занимающихся научными исследованиями. Microsoft Azure сдает в аренду время в своем облачном сервисе, который может выполнять как квантовые, так и обычные вычисления. Компания Quantinuum, возникшая из Honeywell, в мае 2023 года запустила решение для квантовых вычислений System Model H2 второго поколения. Эта система является довольно экспериментальной и может быть наиболее актуальной для исследователей.

Как квантовая криптография изменит кибербезопасность?

Когда дело доходит до кибербезопасности, квантовые вычисления и другие методы, учитывающие квантовые состояния, такие как квантовая криптография, могут использоваться как злоумышленниками, так и защитниками. Квантовые компьютеры потенциально могут решить проблемы факторинга, чтобы очень быстро взломать ключи шифрования.

По словам Миличивека, необходимо помнить о двух элементах кибербезопасности, связанных с квантовыми вычислениями:

Постквантовая криптография или постквантовое шифрование, при котором разрабатываются алгоритмы, устойчивые к атакам с помощью квантового компьютера. Распределение квантовых ключей, которое обеспечивается с помощью квантовых компьютеров и оптоволоконного кабеля, встроенного между двумя физическими точками.

Компании, в том числе JPMorgan Chase, Toshiba, канадская телекоммуникационная группа Ciena и ID Quantique в Швейцарии, работают над распространением квантовых ключей. Исследования в области распределения квантовых ключей продолжаются, поскольку организации пытаются решить такие проблемы, как ошибки, вызванные сложностью поддержания чрезвычайно низких температур, идеально подходящих для квантовых вычислений, и способы повышения стабильности кубитов.

Распределение квантовых ключей с помощью волоконной оптики позволит организациям быстро узнать, не нарушил ли кто-то их соединение.

Что касается распределения квантовых ключей, Миличевич сказал: «Если какой-либо злоумышленник или перехватчик каким-то образом перережет этот оптоволоконный кабель и вставит какое-то устройство, которое позволит им измерять свет, а затем ретранслировать этот свет, они фактически нарушат то, что известно как квантовое состояние этого света».

По словам Миличевич, это сделает «невозможным» то, чтобы физическое нарушение могло остаться незамеченным.

---

Оригинал