Квантовый компьютер впервые создал "гарантированно случайные" числа: что это значит для вас?

Группа исследователей из нескольких крупных организаций совершила прорыв в квантовых вычислениях. Они использовали 56-кубитный квантовый компьютер для генерации случайных чисел, а затем, что самое важное, доказали, что эти числа действительно случайны. Для проверки использовались мощные классические суперкомпьютеры. Это достижение, получившее название "сертифицированная случайность", может иметь огромное значение для безопасности данных, шифрования и даже для обеспечения справедливости в различных алгоритмах.

Что такое "сертифицированная случайность" и почему это важно?

Представьте, что вам нужно создать пароль, который невозможно взломать, или провести лотерею, где никто не сможет подтасовать результаты. В таких случаях нужна настоящая случайность.

Обычно компьютеры используют специальные программы для генерации случайных чисел. Но проблема в том, что эти программы работают по определенным алгоритмам, и, зная их, можно предсказать результат. Это как если бы у вашего "случайного" пароля была скрытая закономерность.

Сертифицированная случайность – это принципиально иной уровень. Это означает, что числа не просто выглядят случайными, а созданы и математически проверены таким образом, что их случайность гарантирована. Классические компьютеры не могут этого сделать самостоятельно. Они полагаются на специальные устройства (аппаратные генераторы случайных чисел), в работу которых теоретически можно вмешаться.

Новый метод, разработанный учеными, использует квантовый компьютер. Даже если кто-то попытается повлиять на его работу, он не сможет подделать случайность и пройти проверку. Это открывает двери для создания по-настоящему надежных систем шифрования и обеспечения непредсказуемости в других важных областях.

Скотт Ааронсон, профессор компьютерных наук в UT Austin, впервые предложил идею этого протокола:

«Когда я впервые предложил свой протокол сертифицированной случайности в 2018 году, я понятия не имел, как долго мне придется ждать, чтобы увидеть его экспериментальную демонстрацию», — сказал Ааронсон. «Опираясь на оригинальный протокол и реализуя его, — это первый шаг к использованию квантовых компьютеров для генерации сертифицированных случайных битов для фактических криптографических приложений».

Как проходил эксперимент?

Команда исследователей получила доступ к квантовому компьютеру System Model H2-1 компании Quantinuum через интернет. Они использовали метод под названием случайная схемная выборка (RCS). Этот метод очень сложен для моделирования на обычных компьютерах.

Процесс состоял из двух этапов:

1. Создание задач для квантового компьютера: Исследователи отправили квантовому компьютеру набор тестовых задач, созданных на основе небольшого "зерна" случайности. Компьютер должен был решить эти задачи, выбирая случайные ответы из множества возможных.
2. Проверка результатов: Затем мощные классические суперкомпьютеры проверили результаты, чтобы убедиться, что случайность действительно присутствует.

Для проверки случайности 71 313 битов информации команда задействовала несколько суперкомпьютеров, способных выполнять 1,1 × 10¹⁸ операций с плавающей запятой в секунду (1,1 эксафлопс). Это означает, что они доказали, что эти случайные биты не могли быть сгенерированы классическими методами, по крайней мере, в реальных условиях.

Марко Пистойя, глава отдела глобальных прикладных технологических исследований в JPMorganChase, отметил важность этого достижения:

«Эта работа знаменует собой важную веху в квантовых вычислениях, демонстрируя решение реальной задачи с использованием квантового компьютера, превосходящего возможности современных классических суперкомпьютеров».

В июне 2024 года компания Quantinuum обновила свою систему H2 до 56 кубитов. Благодаря высокой точности и возможности соединения любого кубита с любым другим, система смогла выполнять RCS гораздо эффективнее, чем предыдущие версии. Это обновление, в сочетании с протоколом Ааронсона, сделало этот прорыв возможным.

Доктор Раджиб Хазра, президент и генеральный директор Quantinuum, подчеркнул, что это важный шаг к практическому применению квантовых вычислений:

«Сегодня мы отмечаем поворотную веху, которая твердо переводит квантовые вычисления в область практических, реальных приложений».

Трэвис Хамбл, директор программы Quantum Computing User Program в ORNL, также отметил вклад Министерства энергетики США:

«Эти результаты в квантовых вычислениях стали возможными благодаря ведущим мировым вычислительным установкам Министерства энергетики США в Oak Ridge National Laboratory, Argonne National Laboratory и Lawrence Berkeley National Laboratory».

Хотя квантовые компьютеры уже давно демонстрируют теоретическую возможность превзойти классические, превращение этой силы в полезные решения было сложной задачей. Этот эксперимент показывает, что квантовые компьютеры теперь могут выполнять задачи, которые просто недоступны классическим компьютерам.

Что это значит для будущего?

Этот прорыв открывает новые возможности в различных областях:

• Криптография: Создание сверхнадежных систем шифрования, устойчивых к взлому.
• Финансы: Разработка более точных и безопасных алгоритмов для финансовых транзакций.
• Наука: Моделирование сложных систем и процессов, требующих высокой степени случайности.
• Игры и лотереи: Обеспечение честности и непредсказуемости в азартных играх.

В заключение, создание "гарантированно случайных" чисел с помощью квантового компьютера – это важный шаг на пути к практическому применению квантовых технологий. Это открывает двери для решения задач, которые ранее казались невозможными, и может оказать значительное влияние на нашу жизнь в будущем.

Эта статья была создана с использованием ИИ и отредактирована редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется для целей новостной отчетности. Добросовестное использование — это использование, разрешенное законом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать авторские права.

Мнение редакции MSReview: Данное исследование представляет собой значительный шаг вперед в области квантовых вычислений. Создание действительно случайных чисел с использованием квантового компьютера и последующая их сертификация с помощью классических суперкомпьютеров открывает новые горизонты для криптографии и других областей, где важна непредсказуемость. Это доказывает, что квантовые компьютеры могут решать задачи, недоступные для классических систем, и приближает нас к практическому применению квантовых технологий.