Как сообщает South China Morning Post, теоретически квантовые компьютеры способны взломать любое зашифрованное сообщение за несколько часов или даже минут, но для выполнения таких вычислений им требуются десятки миллионов кубитов — единиц квантовой информации, переносимой с помощью субатомных частиц. Поэтому существующие системы, ограниченные объемом в сотни кубитов, пригодны лишь для определенных задач с небольшой практической ценностью.

Считалось, что на создание квантовых систем, которые смогут скомпрометировать существующую неквантовую криптографию, уйдут десятилетия. Однако команда из главного технологического университета Китая придумала, как можно обойти одно из фундаментальных ограничений квантовых компьютеров и существенно ускорить появление таких машин.

Группа инженеров, возглавляемая профессором Чжоу Цзунцюанем, разработала квантовую память — новое запоминающее устройство на основе кристалла, который может хранить промежуточные квантовые состояния кубитов в течение примерно часа.

До сих пор считалось, что создание квантовой памяти невозможно. Сама природа кубитов не позволяет этого сделать — записать квантовое состояние кубита равно измерению его состояния, а измерение состояния ведет к коллапсу квантовой системы. Кубит можно только законсервировать тем или иным способом. Но и это было только теоретическое предположение. Китайские ученые заявили, что сделали это на практике — законсервировали состояние кубитов в кристаллах, причем надежно и повторяемо.

Идея же взлома криптографии заключается в том, что квантовый компьютер с поддержкой квантовой памяти (сохранением состояния кубитов в кристалле) сможет обновлять информацию по мере выполнения вычислений и подбирать соответствующий код, анализируя защищенные данные. На первом этапе исследования ученые решили, что для такого компьютера потребуется около 10 тыс. кубитов, а не сотни тысяч или миллионы кубитов, как считалось до сих пор.

«Результаты наших экспериментов показывают, что эта идея работает», — заявил Цзунцюань.

Согласно статье, опубликованной авторами проекта, квантовый компьютер с новой памятью сможет выполнять сложные вычисления, такие как факторизация больших простых чисел для расшифровки данных, используя значительно меньше кубитов, чем квантовый компьютер без квантовой памяти. При этом разработчики признали, что экспериментальное устройство пока не может использоваться на практике, так как доказана только принципиальная возможность его создания.

В прототипе используется лазер, в то время как для запуска практической машины для взлома кодов потребуется архитектура, поддерживающая обработку микроволн. Кроме того, объяснили ученые, для создания этого компьютера необходим совершенно новый набор методов управления и кристалл с различными редкоземельными элементами.

«Я считаю, что квантовый компьютер для взлома существующей криптографической защиты будет разрабатываться постепенно, шаг за шагом. Вряд ли он выскочит из ниоткуда и изменит мир за одну ночь. Но, может быть, я ошибаюсь», — заявил глава исследования.

Тем не менее, теперь китайские ученые обладают базовой платформой и дорожной картой для создания соответствующего устройства. В долгосрочной перспективе квантовые компьютеры смогут быстро расшифровывать самые сложные шифры и коды — это пригодится не только для взлома неквантовых компьютерных систем, но для прорывных исследований в области теоретической физики и химии.