Квантовая криптография против квантовых компьютеров: кто сильнее

По мнению ученых, квантовые компьютеры представляют серьезную угрозу наиболее популярным системам криптографии и безопасности каналов информации. Неизвестно, как будут защищены российские линии связи после достижения квантового превосходства - способности квантовых вычислительных устройств решать задачи, которые не под силу классическим компьютерам.

Квантовые технологии в последние годы переживают этап взрывного роста, и уже сразу несколько компаний заявили о достижении квантового превосходства. На сегодняшний день наиболее производительными квантовыми системами в мире являются созданные в 2022-2023 годах сверхпроводниковые процессоры Quantum Osprey (IBM, США) с 433 кубитами, 72-кубитный Sycamore (Google, США) и 176-кубитный Zuchongzhi (Институт науки и технологий Китая), а также ионные процессоры Forte (IonQ, США) и H2-1 (Quantinuum, США) с 32 кубитами.

Существующие квантовые устройства пока не превосходят классические компьютеры. Немногочисленные задачи, на которых подтверждено квантовое превосходство, в настоящее время не имеют практического применения. По оценкам специалистов, широкое практическое использование квантовых вычислений может начаться в 2024-2025 годах с появлением 1000-кубитных систем. К этому времени квантовые компьютеры смогут превзойти классические в решении некоторых практических задач оптимизации и машинного обучения. Системы с миллионом и более кубитов, которые появятся после 2030 года, скорее всего будут использоваться для моделирования химических соединений, при решении задач аэро- и гидродинамики, а также криптоанализа. К таким выводам пришли составители доклада "Квантовые технологии для государства и бизнеса: настоящее и будущее" подготовленного к московскому "Форуму будущих технологий". При этом российские специалисты в области кибербезопасности не считают угрозой даже такие, на первый взгляд, невероятные возможности квантовых компьютеров в области криптоанализа.

Причина - все те же квантовые технологии, а именно защищенные каналы связи на основе квантового распределения ключей. Подобный метод защиты передаваемой информации позволяет гарантированно защитить данные от компрометации и несанкционированного доступа даже при использовании квантовых вычислений. Эта технология использует квантово-физические явления для автоматизированного создания криптографического ключа, например, при помощи фотонов в оптоволоконных линиях или даже в атмосфере. При этом злоумышленники не могут незаметно "подслушать" ключ или подделать его. Стойкость ключа гарантируется фундаментальными законами физики.

Важно, что технология квантового распределения ключей сегодня опережает по уровню зрелости технологию создания квантовых компьютеров и Россия входит в число мировых лидеров в этой области.

Заместитель министра цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Александр Шойтов в своем выступлении на "Форуме будущих технологий" отметил, что в Национальной технологической инициативе уже несколько лет работает сквозной проект "Квантовые коммуникации", якорным заказчиком которого стало ОАО "РЖД".

"Квантовые коммуникации, а точнее, квантовое распределение ключей - это та область квантовых технологий, которая наиболее близка к практическому применению. Сегодня в России есть и технологии, и готовые сертифицированные устройства, которые могут обеспечить необходимый уровень надежности и высокий уровень защиты информации. На их основе можно создать экосистему, в которую встроено квантовое распределение ключей. Такую систему вполне реально использовать и для государственных нужд, так как это полностью российская технология", - считает Шойтов.

По мере развития квантовых технологий многие страны ввели ограничения на их передачу "недружественным государствам". Часть квантовых технологий в 2020-2021 годах были объявлены США и ЕС технологиями двойного назначения, и в отношении них стали действовать нормы экспортного контроля. Ограничения на экспорт квантовых технологий включены в санкционные пакеты, принятые в 2022 году США и ЕС в отношении Российской Федерации, поэтому в ближайшей и среднесрочной перспективе российским компаниями придется ориентироваться исключительно на отечественные разработки.

В июле 2019 года ОАО "РЖД" заключило с правительством России соглашение о развитии квантовых коммуникаций. Цель заключалась в ускорении технологического развития и достижения Россией позиции одного из лидеров на глобальных технологических рынках в сфере квантовых коммуникаций. РЖД была выбрана в качестве лидера и координатора работ в области квантовых коммуникаций - как компания, владеющая протяженными линиями оптоволоконной связи (75 тысяч километров на 2023 год) и имеющая большой опыт в области шифрования, криптографии, защиты каналов связи и персональных данных. Именно оптоволоконные сети являются базовой инфраструктурой для технологии квантового распределения ключей.

"Сегодня мы имеем 3 центра компетенций в области квантовых коммуникаций и 1150 километров магистральных сетей, где используется оборудование квантового распределение ключей, а до конца года протяженность таких сетей вырастет до 2500 километров", - сообщил первый заместитель генерального директора, ОАО "РЖД" Сергей Кобзев.

По словам Кобзева уже около 120 российских предприятий разрабатывают и производят продукты на основе квантовых технологий, а за 3 года было подготовлено 1300 специалистов в этой области. При этом, по оценкам экспертов негосударственного института развития "Иннопрактика", к 2025 году российской квантовой индустрии понадобится не мене 7500 специалистов.

Среди перспективных направлений в области квантового распределения ключей Кобзев отметил технологию атмосферной передачи подобных ключей, что позволяет использовать ее для движущихся объектов: "Оборудование для атмосферной передачи тестируется в одном из поездов "Ласточка" на Московском центральном кольце. Мы уверены, что эту задачу мы уже решили, вопрос лишь в стоимости технологии. Предполагаю, что она станет доступной в ближайшие 3-4 года".

Старший вице-президент по информационной безопасности ПАО "Ростелеком" Игорь Ляпунов также считает, что Россия за несколько лет сделала колоссальный шаг от лабораторных исследований квантовых коммуникаций к их практическому применению. "Сегодня Россия входит в пятерку лидеров в этой области и уже способна производить промышленное оборудование, базирующееся на этой технологии", - заявил Ляпунов на одной из сессий форума.