Технологічний ріст постійний у світі прямо зараз, і щодня народжуються нові винаходи, ідеї, технології та впровадження вже існуючих технологій. Наразі на вершині списку визначних винаходів знаходиться квантовий комп'ютер. Нове покоління комп'ютерних систем краще за двійкові системи, які ми використовували вже довгий час.
Що таке квантові комп'ютери?Квантові комп'ютери - це системи, які використовують квантово-механічне явище для зберігання та обробки даних. Замість традиційних бітів квантові комп'ютери використовують кубіти, або квантові біти, які можуть існувати у станах 1 та 0 одночасно.
Два біти мають чотири можливі комбінації і можуть утримувати лише одну комбінацію одночасно, тоді як одна пара кубітів здатна зберігати всі чотири комбінації одночасно. Це означає, що вони мають можливість обробляти набагато більше даних.
Що таке квантове обчислення?Квантові обчислення - це нове напрямок комп'ютерних наук, яке використовує ідеї квантової теорії для вирішення математичних задач та запуску квантових моделей. Квантові обчислення застосовують підатомні частинки, такі як електрони або фотони, та поєднують їх з квантовими бітами, або кубітами, що дозволяє цим частинкам бути в кількох станах одночасно.
Це означає, що підключені кубіти можуть використовувати перешкоди між їх хвильоподібними квантовими станами для здійснення обчислень, які звичайним бінарним комп'ютерам зайняло б вічність, щоб їх обробити.Поле квантових обчислень було вперше представлене в 1980-х рокахколи було виявлено, що певні обчислювальні проблеми можна вирішити за допомогою квантових алгоритмів, а не поточних двійкових комп'ютерів.
Квантові обчислення можуть розгадати багато різних можливостей та знаходити можливі відповіді на багато складних проблем. Повсякденна система зберігає інформацію у вигляді бітів, тоді як квантові комп'ютери використовують кубіти для зберігання інформації в квантовому стані, який застосовує 1 та 0 у багатовимірному вигляді.
Як працюють квантові комп'ютери?Квантові комп'ютери дуже відмінні від традиційних комп'ютерів. Вони обробляють інформацію таким чином, який не відповідає звичайним двійковим бітам, з якими ми звикли. Замість цього квантові комп'ютери обробляють інформацію за допомогою квантових бітів, або кубітів.
Кубіти мають техніку, яка називається перехреслення, це здатність квантової системи бути в декількох станах одночасно, поки вона не буде виміряна. Квантові комп'ютери використовують кілька алгоритмів для вимірювання та спостереження. Ці алгоритми надаються користувачами, після чого комп'ютер створює багатовимірний простір, де зберігаються шаблони та особисті дані.
Джерело: Напрямок науки про дані
Один із основних чинників у роботі квантових комп'ютерів - це фізична структура комп'ютера. Стандартний квантовий комп'ютер складається з трьох основних частин. Перша частина - це традиційний комп'ютер та інфраструктура, які відповідають за програмування та відправляють інструкції квантовим бітам.
Друга частина - це обраний спосіб передачі сигналів з комп'ютера на кубіти. Третя і остання частина - це пристрій зберігання, що використовується для захисту кубітів. Цей пристрій зберігання повинен бути обладнаний інструментами, необхідними для стабілізації кубітів. Пристрій зберігання повинен відповідати певним потребам та вимогам, наприклад, досягненню поблизько нульових градусів для розміщення вакуумної камери.
Ця частина є необхідною через високі вимоги до обслуговування кубітів. Будь-яка навіть найменша проблема може призвести до втрати квантового стану або помилкових кубітів, що переходять у декогерентність. Тому важливо запобігати навіть найменшим вібраціям та змінам температури, щоб уникнути втрати кубітів.
Для чого використовується квантовий комп'ютер?Традиційна система використовується для вирішення кількох проблем та виконання різних обчислень. Квантовий комп'ютер не відрізняється від неї в цьому аспекті, оскільки система здатна впоратися з викликами. Квантові обчислення мають кілька використань, такі як штучний інтелект, надання фінансових послуг та складне виробництво.
Штучний інтелектКвантові комп'ютери можуть потенційно аналізувати та обробляти велику кількість даних швидше, ніж традиційна система, що робить їх кращим варіантом для застосування в штучній технології. Квантові комп'ютери здатні виявляти патерни, які важко або неможливо виявити для традиційних систем. Вони можуть збирати, поєднувати та перегруповувати існуючі ідеї таким чином, як це не змогли б робити люди та традиційна система.
Надання фінансових послугФінансовий сектор - це одна з галузей, яка потребує потужності квантових комп'ютерів. Великі обсяги даних, які фінансові установи повинні відсортувати, будуть оброблятися квантовим комп'ютером. Це може бути корисним для численних галузей фінансового сектору, таких як ринки капіталу, корпоративні фінанси, управління портфелем та багато іншого. Нарешті, оскільки квантові комп'ютери процвітають в областях з потоками живих даних, їхні здатності до обробки зроблять простішим розповсюдження великого обсягу даних, які збираються з реального часу цін на акції.
Складне виробництвоКвантові комп'ютери можуть збирати великі набори даних з невдалого виробничого процесу та переводити їх на різні комбінації завдань, які, коли поєднані з квантовим алгоритмом, можуть ідентифікувати, яка частина складного виробничого процесу призвела до відмови в продукті.
Типи атакиНезважаючи на те, що квантові обчислення все ще знаходяться на ранній стадії розвитку, експерти вже передбачають майбутній потенціал цієї технології, а також потенціал для зловживань.
У найближчому майбутньому два великі атаки можуть бути здійснені за допомогою нових технологій, що можуть становити загрозу для цифрової безпеки.
Атака на збереженняЦей вид атаки передбачає, що зловмисна особа спрямовується на вразливі адреси (гаманці, в яких зберігається їхній відкритий ключ на блокчейні), щоб викрасти кошти. Це означає, що токени, такі як Біткоін та Ефіріум, будуть більш вразливі до атак квантового комп'ютера, якщо вони будуть обладнані достатніми ресурсами.
Це означає, що сотні мільярдів доларів вартості криптовалют можуть бути уразливі до атак на сховища. Наразі квантові комп'ютери не мають 10 мільйонів кубітів, які були б необхідні для проведення такої атаки, але вчені передбачають досягнення такої обчислювальної потужності приблизно через 10-15 років.
Транзитна атакаАтака транзиту потребувала би від зловмисника спроби захоплення транзакції блокчейну на середині шляху та направлення коштів на свою власну адресу. Це потребувало б великої кількості обчислювальної потужності, проте на набагато більшому масштабі та з більшою складністю, оскільки захоплення повинно було б завершитися до обробки транзакції майнерами.
Для виконання такого завдання вчені передбачають, що квантовому комп'ютеру знадобиться мільярди кубітів.
Чи є квантове обчислення загрозою для криптовалют?Поточний обсяг квантових комп'ютерів є важливим показником того, що нова система наразі не становить значної загрози для сектору криптовалют. Хоча можливості квантових обчислень безліч, для досягнення такого результату вони повинні бути вільними від помилок і проблем, поєднуючи підвищену швидкість обчислень.
Окрім обчислювальної швидкості, потрібно також надзвичайний рівень обчислювальної потужності для можливості запуску атаки на сховища.Йому знадобиться близько 10 мільйонів кубітівперш ніж він зможе запустити такий напад.
Транзитна атака була би набагато більшою, оскільки рівень обчислювальної потужності, необхідної для цього, був би вищим. Атакувальник мусив би використовувати величезну кількість квантової обчислювальної потужності, щоб отримати контроль над мережею, перш ніж вичерпається час створення блоку. Це набагато складніше завдання, зважаючи на те, що це вимагало б атаки на всі вузли мережі. Вікно для цієї операції відносно вузьке. Наприклад, атака на Біткойнпотрібно, щоб нападник завершив процес за кілька хвилин, тоді як наЕфіріуммусів би бути завершений за кілька секунд.
З необхідною потужністю квантового обчислення криптовалютна галузь наразі не знаходиться під загрозою; натомість у них є достатньо часу для розробки алгоритму, що стійкий до квантових атак.
Захист від квантових обчисленьНаразі відомо лише потенційне загроза, яку становить квантове обчислення. Ентузіасти криптовалют та розробники блокчейну зараз шукають способи захисту світу цифрових валют від загрози, яку становлять квантові комп'ютери. Найпопулярніша пропозиція - криптографія на основі решіток.
Криптографія на основі решіток - це побудова криптографії, яка включає решітки, або в самому доказі безпеки, або в самій конструкції. Це одна з менш популярних схем з відкритим ключем, яка може витримати атаку як традиційних, так і квантових комп'ютерів. Це через те, що вона базується на проблемі, яку квантові комп'ютери можуть не змогти легко вирішити.
Ці питання називаються проблемою найкоротшого вектора (SVP). Цей тип питання загалом полягає в пошуку найкоротшого вектора в високовимірній решітці. Експерти вважають, що SVP важко вирішити для квантових комп'ютерів через те, як функціонують квантові комп'ютери.
У квантовому комп'ютері тільки тоді, коли стани кубіта повністю вирівнюються, можна використовувати принцип суперпозиції; коли стани не вирівняні, доводиться вдаватися до більш традиційних методів обчислень, тому дуже малоймовірно вдасться вирішити СВП.
Існують проекти, такі як IOTA, які вже використовують технологію напрямлених ациклічних графів (DAG), яка, за словами експертів, є квантовостійкою. Напрямлений ациклічний граф, на відміну від блокчейнів, побудованих з блоків, складається з вузлів і з'єднань. Технологія реєструє криптографічні транзакції у вигляді вузлів, і записи цих обмінів накладаються один на одного.
Слабкі сторони квантових комп'ютерівБільшість обчислювальних систем не є на 100% вільними від помилок, і квантові комп'ютери не є винятком з цього правила. Одним з головних недоліків квантового обчислення є те, що більшість квантових комп'ютерів сьогодні в основному є прототипами і досі є великими, дорогими та не зручними для користувача.
Це також страждає від дитячих хвороб, які розробники все ще мають проблеми з вирішенням. Ще одна серйозна проблема - це проблема заплутаності. Заплутаність декількох кубітів одночасно так само важка, як забезпечення належного стану для квантових процесів.
Останнє, але не останнє, результати квантових процесів все ще мають дуже високий рівень помилок. Якщо б усі ці питання були вирішені, виникла б проблема безпеки, яку квантові комп'ютери ставлять перед механізмами шифрування. Величезна обчислювальна потужність зробила б усі зараз використовувані механізми шифрування некорисними.
Будь-яку трансакцію або будь-який тип безпечного з'єднання, здійсненого в Інтернеті, можна розшифрувати, що призведе до крадіжки даних, які можуть бути зловживані або продані. Це може створити проблему для криптовалют, оскільки це призведе до втрати безпеки й анонімності, які ідуть разом з цією платформою.
