Квантовые компьютеры — это новая технология, которая может решать задачи, неподвластные классическим компьютерам. Однако они сталкиваются с проблемами точности и масштабируемости, что замедляет их внедрение в повседневную жизнь.
В этой статье вы узнаете, как работают квантовые компьютеры, чем они отличаются от обычных и какие компании сегодня предлагают решения в этой области. Мы разберем, как квантовые системы могут изменить будущее, в каких сферах они уже применяются и представляют ли они угрозу для криптовалюты.
Что такое квантовые компьютеры
Квантовый компьютер – это сверхмощное вычислительное устройство, которое обрабатывает информацию примерно в 100 трлн раз быстрее традиционного компьютера. Такая скорость пригодится для обработки больших данных, моделирования нейросетей и много чего еще из того, что мы называем технологиями будущего.
У этой медали есть и другая сторона. Разработчики утверждают, что квантовый компьютер разрушит современную систему компьютерной безопасности. С такой скоростью обработки данных ничего не стоит за секунды проанализировать терабайты информации и взломать любой криптографический код.
Вот пример: банковские транзакции и сообщения шифруются при помощи алгоритма RSA. Подбирать к нему ключи на обычном компьютере придется десятки, а то и сотни тысяч лет. Квантовый справится с задачей за минуты.
«Сегодня мы находимся на стадии, когда у нас есть квантовые компьютеры – мы можем использовать их, программировать их. Мы в поиске устойчивых способов их индустриализации и стабилизации технологии. Также мы продолжаем учиться создавать алгоритмы для них», – так прокомментировал прогресс в сфере разработок квантовых компьютеров амбассадор IBM в Европе, доктор компьютерных наук Марк Мэттингли-Скотт во время одной из своих лекций.
Эксперт уверен, что человечество готово к таким машинам и последствиям их работы.
Как работает квантовый компьютер
Квантовый компьютер использует принципы квантовой физики для обработки данных, что дает ему значительное преимущество над классическими компьютерами в некоторых задачах. Основные отличия: квантовые биты (кубиты), суперпозиция и запутанность.
- Кубиты. В обычных компьютерах информация хранится в битах, которые могут быть 0 или 1. В квантовом компьютере кубиты могут находиться в состоянии 0, 1 или одновременно в обоих состояниях — это называется суперпозицией.
Пример: Представьте монету, которая вращается в воздухе. Пока она не приземлилась, она не является ни «орлом», ни «решкой», а чем-то промежуточным. Так и кубит может существовать в нескольких состояниях одновременно. - Суперпозиция. Благодаря этой способности кубиты могут параллельно выполнять множество вычислений. В классическом компьютере нужно проверять все возможные решения по очереди, а в квантовом — сразу несколько вариантов.
Пример: Если классический компьютер — это турист, который выбирает дорогу, проверяя каждую по очереди, то квантовый компьютер может идти всеми дорогами одновременно. - Запутанность. Это свойство позволяет кубитам быть связанными друг с другом, даже если они находятся далеко друг от друга. Изменение состояния одного кубита мгновенно влияет на состояние другого.
Пример: Представьте две пары перчаток в разных коробках. Открывая одну коробку и находя левую перчатку вы сразу знаете, что в другой коробке лежит правая, даже не открывая ее.
Сочетание этих принципов делает квантовые компьютеры мощными для таких задач, как шифрование, моделирование и оптимизация сложных систем.
Какие квантовые компьютеры есть на рынке
Квантовые компьютеры от крупнейших компаний отличаются подходами к созданию кубитов и применению технологии:
1. IBM. Компания начала работу над квантовыми компьютерами еще в 1990-х, а в 2023 году представила IBM Quantum System Two, основанную на чипе «Heron». Особенность IBM — модульная система, которая позволяет легко наращивать вычислительные мощности. Также IBM активно продвигает квантовые вычисления через облачный доступ, предоставляя пользователям свои системы через IBM Quantum Experience.
2. Google. Их подразделение Google Quantum AI работает с 2014 года. Google использует процессоры на основе Sycamore. Компания достигла квантового превосходства в 2019 году. Их подход ориентирован на разработку алгоритмов с использованием логических кубитов, что обещает повысить стабильность и уменьшить количество ошибок по сравнению с конкурентами.
Эксперимент NASA показал, что машине Google потребовалось 3 минуты и 20 секунд для того, чтобы произвести расчет, на который самому мощному на тот момент суперкомпьютеру Summit (IBM) потребовалось бы около 10 тыс. лет.
Обзор квантового компьютера Google:
3. Microsoft. Microsoft запустила свою программу квантовых вычислений в начале 2000-х, активно разрабатывая Azure Quantum — облачную платформу, которая предоставляет доступ к квантовым компьютерам. Они создают топологические кубиты, отличающиеся высокой устойчивостью к ошибкам, что делает их подход особенным среди конкурентов, таких как IBM и Google.
4. D-Wave. Основана в 1999 году. Компания первой предложила коммерческие квантовые компьютеры. В отличие от других, D-Wave использует метод квантового отжига (quantum annealing), который решает задачи оптимизации и выборки данных, эффективные в таких сферах, как логистика и искусственный интеллект.
5. IonQ. Основана в 2015 году. IonQ использует ионные ловушки, что позволяет достигать более точных вычислений. Их системы работают при комнатной температуре, что выгодно отличает их от решений конкурентов, которые требуют сверхнизких температур для работы. Их компьютеры доступны через облачные платформы, такие как Amazon Braket и Azure Quantum.
Каждая компания стремится уменьшить ошибки и повысить стабильность вычислений, при этом развивая свои уникальные подходы к созданию кубитов.
Есть и частные проекты. Например, в начале декабря 2020 года на рынке появился новый квантовый компьютер, созданный группой китайских ученых под руководством известного физика Пань Цзяньвэй (Pan Jianwei). По результатам тестов, опубликованных в журнале Science, производительность устройства превысила показатели компьютера Google в 10 млрд раз, а современного суперкомпьютера — в 100 трлн раз.
Видеорепортаж с обзором китайского квантового компьютера:
Сколько стоит квантовый компьютер
Стоимость квантовых компьютеров варьируется в зависимости от их возможностей и технологии. Для крупных компаний и исследовательских центров цена может достигать десятков миллионов долларов. Например, системы от IBM или Google с тысячами кубитов требуют больших вложений как в оборудование, так и в инфраструктуру.
Однако для бизнесов и разработчиков доступны облачные сервисы, такие как IBM Quantum Experience или Amazon Braket, где доступ к квантовым вычислениям можно получить за значительно меньшую плату — от нескольких долларов за минуту работы на системе. Цена зависит от мощности и времени использования квантового компьютера.
Самые продвинутые системы, такие как у D-Wave, могут стоить от 10 до 15 миллионов долларов за единицу.
Как квантовые компьютеры стали врагами майнеров
Наличие сверхмощного вычислительного устройства даст человеку или группе людей преимущество и контроль над сетью, поставив под угрозу индустрию добычи криптовалют.
Для майнинга нужно высокопроизводительное оборудование. Участники рынка цифровых активов используют вычислительные мощности своих компьютеров, чтобы решать математические задачи. Одни работают на бытовых компьютерах, другие приобретают специальные устройства для добычи криптовалют – асики.
Вознаграждение получает тот, кто решит задачу раньше остальных, поэтому, чем выше производительность компьютера, тем больше шансов опередить конкурентов и получить награду. Иногда майнеры объединяют компьютерные мощности и решают задачи совместно. Единственный минус – прибыль приходится делить на всех участников пула.
Но майнеров равно много, они рассеяны по всему миру, так достигается эффект децентрализации.
Совокупный объем вычислительных мощностей, которые майнеры подключили к сети биткоина, называют хешрейтом. Благодаря соперничеству сторон на рынке добычи криптовалют сохраняется равновесие – ведь все работают примерно на одном и том же оборудовании.
Квантовые компьютеры могут нарушить этот баланс, перехватив 51% хешрейта биткоина (так называемая атака 51%). Тот, кому принадлежат эти вычислительные мощности, получит контроль над сетью криптовалюты. Такой захват власти нарушит работу сети и блокирует подтверждение транзакций. Кроме того, из-за атаки 51% возникнет угроза двойной траты.
Чтобы реализовать такую атаку при помощи компьютеров и асиков потребуется колоссальное количество денег и электроэнергии. Квантовый компьютер, подключенный к сети криптовалюты, решит эту задачу быстрее и дешевле. Впрочем, не все считают, что такую атаку удастся реализовать.
Больше информации о майнинге криптовалют – его особенностях и вариантах работы вы сможете узнать из нашего материала.
Почему квантовые технологии угрожают криптовалютам
Перехват большей часть хешрейта в сети биткоина и других криптовалют, при создании которых разработчики использовали криптографию, может полностью вывести проект из строя. Противостоять таким действиям смогут только пользователи, в распоряжении которых есть устройства с аналогичными показателями мощности.
На практике, такая схема вряд ли будет доступна. Дело в том, что купить квантовый компьютер сегодня, чтобы противостоять врагу – задача практически невыполнимая. Соответственно, атака со стороны владельца такого устройства на сеть биткоина может оказаться для нее фатальной.
По мнению аналитиков компании Deloitte, при помощи квантового компьютера в том числе можно организовать кражу криптовалюты (через задействование его вычислительных мощностей для подбора кодов доступа). В ходе своих работ, исследователи пришли к выводу о том, что со временем угроза может вырасти.
Читайте также: Рейтинг лучших криптокошельков
CEO британской криптографической компании Post-Quantum Андрисен Ченг (Andersen Cheng), в свою очередь, отмечает, что сегодня участники криптосообщества должны заняться разработкой инструментов противодействия квантовым взломам. В противном случае, по его мнению, разрушительная сила таких машин может уничтожить биткоин.
В настоящий момент созданием пост-квантовых криптографических алгоритмов занята команда Национального института стандартов и технологий США (NIST). При помощи разработок компании, в теории, в сети криптовалюты можно будет запрограммировать форк, чтобы организовать ответвление блокчейна. Новая «ветвь» сможет продолжить безопасную работу на базе нового, устойчивого к атакам квантовых компьютеров алгоритма.
Чего еще боятся участники криптосообщества
Недавно популярный в криптосообществе аналитик, автор S2F-модели прогнозирования PlanB провел среди своих читателей опрос. Его темой стали главные риски, с которыми может столкнуться биткоин.
Квантовые компьютеры, несмотря на их разрушительную силу, оказались лишь на втором месте. При этом самой страшной, по мнению участников криптосообщества, угрозой стало регуляторное давление со стороны властей. В список других опасностей пользователи сети включили следующие пункты:
- Централизованный майнинг.
- Мошенническое программное обеспечение и взломы.
- Производные финансовые инструменты.
- Форки – новые, улучшенные версии BTC.
Подводим итоги
Участники криптосообщества разделились на два лагеря: одни считают, что квантовый компьютер представляет угрозу рынку цифровых активов, другие не видят в устройстве опасности.
Несмотря на то, что в настоящий момент еще не было зарегистрировано эпизодов применения таких машин в мошеннических целях, не исключено, что в будущем злоумышленники получат к ним доступ.
Согласно правилам Trust Project, BeInCrypto стремится предоставлять только непредвзятую и правдивую информацию. Цель этой новостной статьи — осветить событие точно и своевременно. Тем не менее, BeInCrypto рекомендует читателям самостоятельно проверять информацию и консультироваться со специалистом, прежде чем принимать любые финансовые решения на основе этого контента. Также обратите внимание, что наши «Условия и положения», «Политика конфиденциальности» и «Дисклеймеры» были обновлены.
