Квантовые вычисления и защита информации

Микроэлектроника стремится к пределу своих вычислительных возможностей, в то время как многокубитные квантовые системы имеют огромные перспективы: перебор огромного количества вариантов и защиту передаваемой информации осуществляет сама природа. Но задачи они решают разные и работать им приходится сообща.

В квантовом компьютере минимальной единицей передаваемой информации является не цифра, как в классическом, а состояние квантовой частицы – кубита (от англ. quantum bit). Кубит может существовать более, чем в одном состоянии – «суперпозиции», что экспоненциально влияет на производительность компьютера. Максимально возможное количество квантовых состояний достигается полной изоляцией частиц от внешней среды (декогеренция) при крайне низких температурах.

Специальными квантовыми операциями – «гейтами» из двух и более кубитов создают единую квантовую систему, где каждый кубит взаимодействует с каждым другим через «запутанность», чтобы реализовать «квантовый параллелизм» – принцип, благодаря которому квантовые компьютеры могут обрабатывать множество вариантов вычислений одновременно. Запутанные состояния представляют собой суперпозицию всех возможных сочетаний состояний частиц.

После инициализации системы – приведения кубитов в базисное состояние двух суперпозиций (аналог двоичной системы), к системе применяют волновую функцию с набором необходимых параметров, в т. ч. определяющих вероятности различных исходов измерений. При измерении кубиты коллапсируют в одно из двух базисных состояний, обнаруживая наиболее вероятный результат. При повторении процесса вероятный результат приближается к достоверному. Точность результата зависит от качества алгоритма и настройки сложной системы.

При разведении запутанных частиц на расстояние за пределы всех возможных взаимодействий запутанность сохраняется. Измерив состояние одной частицы из двух общего происхождения можно предсказать состояние другой, над которой измерение не производилось.

Если запутанность в суперпозициях – это описание множества состояний системы для квантовых вычислений, то запутанность в квантовой телепортации – это способ безопасной передачи и восстановления информации, кодированной квантовым состоянием частиц. По каналу запутанной пары можно безопасно передать на расстояние квантовое состояние третьей частицы как безопасный секретный ключ для классического шифрования, который может быть воспроизведен получателем специальным квантовым преобразованием из его базисного состояния, переданного по классическим каналам.

Сентябрь 2026