Насколько мир должен быть готов к квантовой эре?

В сообщении, в котором обсуждается, как компания ужесточает свои протоколы, чтобы предотвратить взлом шифрования мощными квантовыми компьютерами, Signal отметил, что, хотя квантовые компьютеры уже существуют, существующие сегодня системы еще не имеют достаточно кубитов, чтобы представлять угрозу для открытого ключа. криптографии, которую он использует в настоящее время.

Однако, Честь Крет, технический директор Signal, сказал: «Если в будущем будет построен достаточно мощный квантовый компьютер, его можно будет использовать для вычисления закрытого ключа из открытого ключа, тем самым взламывая зашифрованные сообщения». Этот вид угрозы известен как «Собери сейчас, расшифруй позже».

В своем посте Крет отметил, что некоторые эксперты считают, что такой квантовый компьютер может появиться через пару лет, но он также написал, что проблемы создания стабильного квантового компьютера с достаточной вычислительной мощностью могут оказаться непреодолимыми. «На самом высоком уровне некоторые говорят, что это займет 30 с лишним лет, и есть даже те, кто утверждает, что мы никогда не сможем решить проблемы, необходимые для создания квантового компьютера с достаточным количеством когерентных кубитов, чтобы взломать нынешние криптосистемы с открытым ключом», — сказал он.

Дэвид Хейс, руководитель теории и архитектуры в Quantinuum, отмечает, что вся история создания квантового компьютера, который будет давать надежные результаты, основана на способности использовать коды квантовой коррекции ошибок. «Люди обычно думают, что без этих кодов будет твердый предел того, насколько низким может быть уровень ошибок, а нынешний уровень ошибок серьезно ограничит долгосрочную полезность квантовых технологий», — сказал он.

Когда его спросили об эволюции квантовых технологий во время панельной дискуссии на недавняя конференция Quantum.tech проходил на стадионе Твикенхем, Ильяс Хан, генеральный директор Quantinuum, рассказал о своих амбициях совершить в ближайшем будущем прорыв, связанный с перепутыванием двух логических кубитов, работающих ниже порогового уровня производительности, чтобы снизить частоту ошибок. Запутывание является ключом к высокому уровню производительности, который, по прогнозам исследователей, будет достигнут в системах квантовых вычислений. В отличие от классической архитектуры двоичных вычислений, где вычислительная мощность имеет линейную зависимость от количества двоичных битов, запутанность обеспечивает экспоненциальный рост числа вычислений по мере добавления большего количества логических кубитов.

Теоретически коды квантовой коррекции ошибок могут позволить снизить частоту ошибок до необходимого уровня, тем самым позволяя запускать любой алгоритм. Хейс сказал, что запутанность операций между различными логическими кубитами является фундаментальным компонентом алгоритмов кодирования. «Если технология не сможет выполнить операцию перепутывания логических кубитов, у нее нет надежды на достижение масштабируемых универсальных квантовых вычислений».

По мнению некоторых докладчиков на мероприятии, до квантовых вычислений еще далеко. Муни Винай Камисетти, вице-президент и региональный руководитель технического отдела Lazada, дочерней компании Alibaba, сказал: «Кубиты нестабильны; квантовые возможности не на должном уровне. Честно говоря, у нас нет практического варианта использования квантовых вычислений».

Другой докладчик, Клеменс Утшиг-Утшиг, технический директор фармацевтической компании Boehringer Ingelheim, подчеркнул, насколько необходимо разработать квантовые компьютеры, прежде чем их можно будет использовать для решения сложных молекулярно-химических расчетов. С 2021 года компания сотрудничает с Google Quantum AI, исследуя и внедряя передовые варианты использования квантовых вычислений в фармацевтических исследованиях, ориентированных на молекулярно-динамическое моделирование. Он сказал, что исследование показало более 1400 логически исправленных кубитов и что для вычислений, основанных на важном фармацевтическом ферменте P450, который используется для снижения токсичности лекарств, потребуется 7,8 миллиарда вентилей.

Логические кубиты — это группы физических кубитов, работающих вместе для выполнения вычислений. Для каждого физического кубита, используемого в вычислениях, другие вспомогательные кубиты выполняют ряд задач, таких как обнаружение и исправление ошибок по мере их возникновения. По некоторым отраслевым оценкам, для логического кубита необходимо до 1000 или более физических кубитов. Хейс из Quantinuum сообщил, что в настоящее время компания использует 10 физических кубитов на один логический кубит. Существует большая разница, но до создания достаточно мощного квантового компьютера, способного решить те проблемы, которые хотел бы решить Утшиг-Утшиг, еще очень далеко.

На данный момент классические компьютеры могут проверять, дают ли алгоритмы, работающие в системе квантовых вычислений, ожидаемые результаты. Отрасль движется в направлении достижения того, что она называет квантовым превосходством. Это назначение будет означать, что из-за сложности алгоритма его уже невозможно запустить на классической машине. Время, которое потребуется классической машине, чтобы вернуть ответ, сделает тестирование квантовых алгоритмов на таких машинах более непрактичным.

Однако, по мнению Камисетти, работа по достижению превосходства выглядит разрозненной. «Все организации работают изолированно и кластерами, чтобы достичь квантового превосходства самостоятельно, что замедляет прогресс», — сказал он.

Помимо необходимости разработки аппаратного обеспечения, есть ощущение, что квантовые вычисления повлекут за собой возвращение к людям в лабораторных халатах, которые будут следить за очень хрупкими частями ИТ-инфраструктуры. В недавнем интервью Computer Weekly Ричард Молдс, генеральный менеджер Amazon Braket, сказал: «У них нет стоек с серверами. Это устройства ранней стадии. В некоторых случаях их можно даже назвать прототипами машин. Поэтому им нужен уход и кормление, а также, возможно, потребуется ежедневная калибровка. К сожалению, на данный момент технология недостаточно развита для создания квантовых компьютеров в центре обработки данных Amazon».

Нет никаких оснований полагать, что отрасль достигнет квантового превосходства или сможет масштабировать логические кубиты до уровня, на котором они смогут решать проблемы молекулярного моделирования, которые описывает Утшиг-Утшиг. Тем не менее, это не помешало отрасли подготовиться к тому, что такая мощная обработка данных может стать доступной в будущем.

«Золотая середина, похоже, находится на горизонте от 5 до 10 лет», — сказал Крет из Signal. «Мы не можем судить, какой график наиболее вероятен, но мы видим реальный и растущий риск, а это означает, что нам необходимо предпринять шаги сегодня, чтобы рассмотреть будущую возможность создания достаточно большого квантового компьютера».