quantum_presentation

1.

УУНИТ (НФ) · Физика · Математика · Информатика
Взлом за 8 часов
вместо миллиарда лет
Как квантовая физика, математика и информатика
создают компьютер будущего

2.

Угроза, которая уже идёт
Записать сегодня.
Расшифровать завтра.
«Harvest now, decrypt later»: зашифрованный трафик копят уже
сейчас, в расчёте на будущий квантовый компьютер.
2

3.

Бит против кубита
0
Бит
Монета на столе: орёл или решка. В
каждый момент — только одно
состояние.
0+1
Кубит
Вращающаяся монета: пока не
измерили, это и 0, и 1 сразу.
Суперпозиция.
Запутанность: два кубита связаны так, что их результаты согласованы, как бы далеко
они ни были.
3

4.

Математика: масштаб
|ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩
где |α|² + |β|² = 1
3 кубита
10 кубитов
50 кубитов
300 кубитов
8
1 024
≈1015
≈1090
состояний
одновременно
состояний
одновременно
на пределе памяти
суперкомпьютеров
больше, чем атомов
во Вселенной
4

5.

Три науки — один компьютер
Физика
Математика
Информатика
Суперпозиция и
запутанность: ресурсы,
которых нет у обычных
бит
Состояния — векторы,
операции — унитарные
матрицы. Это линейная
алгебра
Квантовые алгоритмы:
Гровер ускоряет поиск,
Шор раскладывает числа
Квантовый компьютер — это линейная алгебра, воплощённая в физике
5

6.

Миф и реальность
Миф
Квантовый компьютер
перебирает все варианты сразу и
выбирает лучший.
Реальность
Интерференция: правильные
ответы усиливаются,
неправильные гасят друг друга.
Как волны на воде: гребень к гребню усиливает, гребень ко впадине гасит.
6

7.

Живая демонстрация: Qiskit
Запутанная пара, 1000 измерений
945
517
00
Гровер: ищем число 5 среди 8
483
0
0
01
10
Только 00 и 11. Никогда 01 или 10.
11
8
8
8
8
8
0
1
2
3
4
5
8
8
6
7
2 шага вместо ~4 попыток перебора.
7

8.

Алгоритм Шора и угроза для RSA
1994
2019–25
2024
Питер Шор
Оценки взлома
Защита
Алгоритм раскладывает
большие числа на
множители за разумное
время
RSA-2048: от часов до
недели, но на миллионах
качественных кубитов
NIST утвердил первые
стандарты постквантовой
криптографии
8

9.

Где это изменит мир
Лекарства
Материалы
Моделирование молекул, не по
силам даже суперкомпьютерам
Новые катализаторы и
материалы, в том числе для
нефтехимии
Оптимизация
Безопасность
Логистика, расписания,
финансовые модели
Постквантовая криптография и
квантовая связь
9

10.

Следующий прорыв
может сделать
человек из этого зала
Спасибо за внимание! Вопросы?