Основа алгоритма Шора: способность кубитов хранить несколько значений одновременно (иллюстрация с сайта lancs.ac.uk). Вверху слева: Питер Шор (фото с сайта mit.edu).

Созданы прототипы квантовых компьютеров

Алгоритм Шора, разработанный Питером Шором (Peter Shor) в 1994 году, - квантовый алгоритм разложения числа на простые множители. Значимость его в том, что он делает потенциально возможным взлом мощнейших современных криптографических систем, в частности, шифра RSA.

Система RSA сейчас широко применяется в протоколах, использующихся в электронной коммерции, в защите программного обеспечения, в цифровых подписях. Шифр был создан в 1977 году американскими математиками Райвестом (Rivest), Шамиром (Shamir) и Адлеманом (Adleman). RSA является шифром с открытым ключом, то есть ключ, который нужен для шифрования данных, не хранится в тайне, зашифровать сообщение может кто угодно. Для расшифровки, однако, необходим второй ключ, секретный.

Для взлома шифра необходимо, в частности, разложить открытый ключ на два простых множителя. Эта задача решается перебором вариантов, поэтому надежность шифра зависит от длины ключа. Шифр с коротким ключом можно взломать даже на персональном компьютере, но если ключ достаточно длинный, то и современным суперкомпьютерам, и сетям распределенных вычислений для взлома потребуются десятки лет.

Алгоритм Шора, однако использует сильные стороны квантовых компьютеров, не имеющие аналогов в классических компьютерах: способность их информационных единиц - кубитов - принимать несколько значений одновременно и находиться в состоянии "запутанности". Теоретические работы показывают, что при наличии достаточно мощного квантового компьютера алгоритм способен взломать RSA за ограниченное время.

Прототипы квантовых компьютеров, созданные китайскими и австралийскими исследователями, очень примитивны: пока на два простых множителя удалось разложить лишь число 15. Однако эти работы показывают, что реализация алгоритма Шора возможна в принципе, дальнейшее - скорее инженерная задача (правда, по мнению некоторых специалистов, нерешаемая).

В 2001 году корпорация IBM также создала управляемый ядерно-магнитным резонансом (ЯМР) квантовый компьютер из семи кубит, который тоже мог разложить число 15 на 5 и 3. Однако и китайская, и австралийская группы считают, что компьютер IBM имел серьезные недостатки: во-первых, использование ЯМР (сложной и дорогой технологии) при возрастании числа кубитов приводит к помехам, так что возможности развития сильно ограничены, во-вторых, исследователи сомневаются, что в компьютере действительно использовалась квантовая запутанность.

Управляемые короткими вспышками обычного лазера новые компьютеры свободны от этих недостатков, утверждают их разработчки.

Ссылки по теме
- Quantum threat to our secret data – NewScientist, 13.09.07
- Qubits poised to reveal our secrets – EurekAlert, 12.09.07
- Demonstration of Shor's quantum factoring algorithm using photonic qubits – ArXiv.org, 23.08.07
- Experimental demonstration of Shor's algorithm with quantum entanglement – ArXiv.org, 10.05.07
- Физики "запутали" два атома на расстоянии метра друг от друга - Lenta.ru, 07.09.2007
- IBM научит отдельные атомы хранить информацию - Lenta.ru, 31.08.2007
- Сделан шаг к созданию квантового компьютера - Lenta.ru, 26.07.2007

Сайты по теме
- University of Science and Technology of China
- The University of Queensland, Australia