Квантовые компьютеры — это не просто «очень мощные процессоры». Они работают на принципах квантовой механики, что позволяет им решать задачи, недоступные даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Одна из таких задач — взлом современных криптографических алгоритмов. И главную угрозу представляет алгоритм Шора, способный разложить огромные числа на множители за секунды.
1. Как работают современные шифры?
Почти вся защита данных в интернете (банковские транзакции, мессенджеры, VPN) основана на асимметричной криптографии, например:
- RSA (использует разложение чисел на простые множители).
- ECC (Elliptic Curve Cryptography) (основана на сложности задачи дискретного логарифмирования).
Эти алгоритмы считаются безопасными, потому что классическим компьютерам потребуются тысячи лет, чтобы взломать их перебором.
2. В чём угроза квантовых компьютеров?
Квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут находиться в суперпозиции (одновременно 0 и 1) и запутываться друг с другом. Это позволяет им:
- Параллельно проверять множество решений (квантовый параллелизм).
- Решать задачи факторизации и дискретного логарифма экспоненциально быстрее.
Алгоритм Шора (1994 г.)
Питер Шор доказал, что квантовый компьютер может:
- Разложить число на простые множители (ломает RSA).
- Решить задачу дискретного логарифма (ломает ECC).
Для классического компьютера факторизация числа из 2048 бит займет миллиарды лет, а квантовый компьютер с достаточным числом кубитов справится за часы или минуты.
3. Когда это станет реальностью?
Пока квантовые компьютеры недостаточно мощные, но прогресс идёт быстро:
- IBM, Google, IonQ уже демонстрируют квантовые процессоры на сотни кубитов.
- Ошибки и декогеренция пока мешают, но квантовые коррекции ошибок (например, поверхностный код) решают эту проблему.
Оценки экспертов:
- К 2030 году могут появиться устойчивые к ошибкам квантовые компьютеры с 1000+ кубитами.
- К 2040 году взлом RSA-2048 станет возможен.
4. Что делать? Постквантовая криптография
Уже сейчас разрабатываются квантово-устойчивые алгоритмы:
- Lattice-based cryptography (криптография на решётках).
- Hash-based cryptography (например, SPHINCS+).
- Code-based cryptography (алгоритмы вроде McEliece).
NIST (Национальный институт стандартов и технологий США) уже выбрал 4 алгоритма для постквантовой стандартизации (2024 г.).
Вывод
Квантовые компьютеры неизбежно взломают RSA и ECC — вопрос лишь в том, когда. Но человечество готовится: постквантовая криптография уже на подходе.
Будущее безопасности — в квантово-устойчивых алгоритмах. А пока… лучше обновлять шифрование. 🔐⚛️