Австрийские физики разработали аналоговый квантовый компьютер для взлома шифров

Австрийские физики разработали архитектуру аналогового квантового компьютера, способного очень быстро и эффективно решать задачи по разложению целых чисел на множители. Это позволяет использовать подобные вычислительные машины для взлома многих популярных криптографических алгоритмов, сообщила в четверг пресс-служба Иннсбрукского университета.

«В мире математики умножение работает только в одну сторону. К примеру, если мы перемножим два на два и получим четыре, то мы не можем провести обратную операцию, так как четыре можно получить еще и путем перемножения четырех на единицу. Мы разработали адиабатический квантово-вычислительный протокол, позволяющий обращать этот процесс и быстро разлагать числа на множители», — заявил профессор Инсбрукского университета (Австрия) Вольфганг Лечнер, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Решение этой задачи, как отмечает профессор Лечнер, ставит под угрозу большое число популярных криптографических алгоритмов, основанных на идее того, что очень большие числа, полученные путем перемножения двух и более простых чисел, крайне сложно разложить на множители за разумное время даже при помощи мощных суперкомпьютеров.

Появление аналоговых и универсальных квантовых компьютеров, способных решать большое число задач одновременно, заставило ученых задуматься о том, могут ли подобные вычислительные машины быстро разлагать числа на множители. За последние 30 лет было создано несколько алгоритмов, в теории способных осуществлять эту операцию, в том числе знаменитый алгоритм Шора, однако все они требуют для своей работы огромного числа квантовых битов (кубитов), которое пока не доступно физикам.

Профессор Лечнер и его коллеги выяснили, что эту задачу можно решить при помощи специализированной архитектуры адиабатического квантового компьютера, одной из форм аналоговых квантовых вычислителей, которая была нацелена физиками на быстрое осуществление операции разложения на множители.

Для этого ученые разработали подход, позволяющий конфигурировать физические свойства отдельных кубитов таким образом, что их естественные взаимодействия друг с другом будут сначала приводить к перемножению закодированных в нем двух чисел, а затем к разложению их произведения на два множителя. Подобным образом можно объединить большое число однообразных и легко масштабируемых наборов кубитов для разложения чисел произвольной длины.

По словам исследователей, новая архитектура требует значительно меньше кубитов для разложения чисел, чем алгоритм Шора, и при этом работа созданного ими подхода требует проведения значительно меньшего числа операций. Благодаря этому уже существующие аналоговые квантовые компьютеры, в частности вычислители D-Wave, способны разлагать числа длиной в три-четыре десятка бит, что на несколько порядков выше достижений для алгоритма Шора и его аналогов.

При этом ученые отмечают, что взлом самых мощных систем шифрования, таких как RSA2048, потребует на несколько порядков большего числа кубитов, около 14 млн квантовых ячеек памяти. Это дает разработчикам криптографических систем дополнительное время на разработку и внедрение постквантовых алгоритмов, защищенных от подобного взлома, подытожили исследователи.