Квантовые коммуникации. Обзор мировых тенденций и перспектив
Существующий мир – это мир, который можно наблюдать и осязать. Он представлен классической ньютоновской механикой. Квантовый мир – это мир атомов и электронов, который определяется вероятностными категориями в соответствии с законами квантовой механики.
Кванты могут быть разных типов: малые (атомы и электроны) и большие (квантовые цепи). Однако все они имеют три основные характеристики:
двойственность, то есть обладание свойствами частиц и волн одновременно;
квантовая суперпозиция, то есть удержание двух значений «0» и «1» в одном состоянии;
и квантовая запутанность, при которой состояние двух квантов не определено, но отношение между ними имеет фиксированный характер зафиксировано, который позволяет им влиять друг на друга, находясь друг от друга на больших расстояниях (например, в разных концах планеты и/или Вселенной). Таким образом, квантовые технологии представляют собой интеграцию квантовой физики, инженерии и механики. Эти необыкновенные свойства будут способствовать развитию высокопроизводительных, высокоточных, высоконадежных вычислений и коммуникаций с низким энергопотреблением.
Большинство стран стремятся развивать направление квантовых технологий в целях получения стратегического и экономического преимущества в ближайшие годы. Такое стремительное развитие в масштабах государства может быть вызвано инвестициями и осознанием новых возможностей в сфере бизнеса. В частности, Китай является ведущим инвестором в этой области. Наибольшее влияние окажут квантовая информация, вычисления и коммуникации, то есть, квантовая сеть и квантовый Интернет, который позволит сделать доступными приложения, недоступные для классического Интернета. Однако архитектуры для крупномасштабной квантовой межсетевой связи находятся в разработке, параллельно с теоретической и экспериментальной работой. По мнению Л. Иббетсона, руководителя группы исследований и разработок в Vodafone, перспектива квантовых вычислений заключается в их способности решить за несколько часов вероятностное уравнение, которое обычный компьютера будет решать миллион лет. Это позволит телекоммуникационным компаниям решить проблемы оптимизации, планирования сетей и размещения базовых станций. Другое важное направление в области квантовых технологий относится к криптографии. Повсеместное использование криптографии заставляет компании из различных областей обращаться к постквантовой криптографии, которая станет компонентом гибкой стратегии копаний. Для этого необходима стандартизация надежных алгоритмов. В частности, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) правительства США играет ключевую роль в технической оценке алгоритмов постквантовой стандартизации и создании стандартов. Первый набор стандартов постквантовой криптографии будет опубликован в 2024 году.
Вместе с этим, для внедрения квантовых технологий необходимо понимание рисков и угроз. Так, Институт глобальных рисков отслеживает временную шкалу квантовых угроз путем опроса квантовых экспертов. В 2022 году более половины респондентов оценили вероятность взлома схемы шифрования RSA-20481RSA-2048 — это алгоритм с открытым ключом (где 2048 – размер ключа), который используется для защиты конфиденциальных данных при передаче по небезопасной сети менее, чем за 24 часа квантовым компьютером в ближайшие десять лет более 5% и четверть экспертов – более 50%. Это означает, что реальная возможность взлома может появиться через 20-30 лет, однако задумываться о хранении зашифрованных данных необходимо уже сегодня. Это связано с тем, что злоумышленники могут накапливать объемы таких данных для их дешифровки в будущем. На сегодняшний день остаются значительные препятствия для крупномасштабных квантовых вычислений. Квантовые компьютеры очень чувствительны к помехам от шума, температуры, движения или электромагнитных полей. Это создает сложности для разработок и введения в эксплуатацию. В частности, последний квантовый процессор IBM работает при очень низкой температуре в 0,02 градуса.
Таким образом, сегодня приложения квантовых вычислений не отвечают реальным требованиям и ограничены небольшой группой крупных компаний, таких как IBM, Google, Amazon и пр. С другой стороны, по данным BusinessWire, общий мировой рынок квантовых технологий к 2028 году достигнет 53,2 млрд долларов.
- 1RSA-2048 — это алгоритм с открытым ключом (где 2048 – размер ключа), который используется для защиты конфиденциальных данных при передаче по небезопасной сети
