NewsCat.ru^beta

Банковские шифры взломают лазеры и ионные ловушки

Понедельник, 16 Ноя. 2009, 17:53:42 / источник: gzt.ru

Ученые создали первое программируемое устройство для квантовых вычислений. И хотя пока что речь идет всего об одной вычислительной ячейке, физики из Национального института стандартов США, разработавшие прибор и рассказавшие о своем изобретении в журнале Nature Physics, считают, что в будущем такие ячейки станут основой для компьютеров, способных решать пока что неразрешимые задачи.

По ряду характеристик квантовые компьютеры существенно превосходят обычные. Например, на данный момент даже для суперкомпьютеров считаются практически нерешаемыми задачи расчета химических реакций или взлома шифров.

Квантовый компьютер – что это?

Квантовый компьютер вопреки иногда встречающемуся мнению вовсе не является следствием дальнейшего уменьшения размеров обычных компьютеров. И хотя при проектировании современных процессоров инженерам уже приходится учитывать квантовые эффекты, между квантовым и обычным (классическим) компьютером есть принципиальная разница.

В обычном компьютере все данные хранятся и перерабатываются при помощи двоичных вычислительных элементов, то есть таких, в которых возможно только два состояния. Их часто обозначают как 0 и 1: например, 0 соответствует разряженной ячейке памяти, а 1 – заряженной, получившей электрический заряд.

По этой причине все числа хранятся компьютером именно в виде последовательности 0 и 1: каждому нулю или единице соответствует одна двоичная ячейка памяти. Такая запись может показаться громоздкой (число 2 записывается как 10, число 3 – как 11, число 4 – 100, и так далее. Число 1983, например, придется записать как 11110111111 и потратить на него одиннадцать ячеек памяти), но зато она позволяет свести все операции с числами к простым переключениям элементов внутри компьютера. Что особенно важно, все эти операции с данными предопределены однозначно, а сами данные, хранящиеся в памяти классического компьютера, никаких сюрпризов не преподнесут.

Зато квантовый компьютер – совсем другое дело. Его ячейки подчиняются уже не классическим, а квантовым законам, и за счет этого возникает ряд достаточно необычных эффектов. Так, его ячейка памяти может находиться в так называемой суперпозиции состояний. Другими словами, ее уже нельзя представить простым ящиком, в котором однозначно есть или однозначно нет чего-либо (конденсатором, в котором либо есть, либо нет электрического заряда, пропускающим или не пропускающим ток транзистором). Вплоть до момента "открытия ящика" (считывания данных) оператор компьютера в принципе не может сказать, что получится, даже если все действия, совершаемые с этой ячейкой памяти, были известны.

Это еще не все. Можно изготовить две квантовые ячейки памяти, определенным образом соединить их вместе, а потом снова разделить. В классических ячейках такая операция ничего не изменит (если положить рядом две книги, а потом унести одну из них, текст не изменится), но вот в квантовых ячейках в таких случаях возникает так называемое запутывание : изменение в одной ячейке затронет и другую, причем вне зависимости от того, чем они разделены.

Это свойство, хотя и представляется странным с бытовой точки зрения, тем не менее хорошо описано математическими моделями. Более того, ученые даже нашли способ применить его для радикального сокращения затрат времени на решение некоторых задач и для создания принципиально недоступных для прослушивания линий связи. Многие задачи, правда, от применения квантовых вычислительных систем ничего не выиграют, но вряд ли это можно назвать серьезным недостатком на фоне способности взломать сверхустойчивые шифры или просчитать пока что недоступную для моделирования химическую реакцию.

На пути к квантовым вычислениям

Революция в криптографии с появлением квантовых алгоритмов (алгоритмов, описывающих работу квантового компьютера при решении тех или иных задач) пока отменяется ввиду отсутствия квантового компьютера.

Программу, которая могла бы на таком компьютере взломать, к примеру, RSA-шифр, используемый сейчас в целом ряде приложений (от банковского дела до военных приложений), за приемлемое время написать-то можно, но вот на чем она будет работать?

Ячейкой квантового компьютера должен быть какой-то объект, который проявляет квантовые свойства, например отдельный атом или максимум молекула. Ее надо как-то изолировать от других атомов и молекул, но как это сделать? Ведь никаких проводов к такой ячейке подвести по не удастся. Более того, непонятно даже то, как ее закрепить в корпусе компьютера: квантовые ячейки должны в буквальном смысле слова висеть в пустоте. А как тогда с них считывать информацию? Как совершать над ними какие-то операции? На первый взгляд все эти проблемы в принципе неразрешимы.

Еще до появления статьи в журнале Nature Physics ученые предложили изящное решение возникшей проблемы: в качестве ячейки квантового компьютера, кубита, взять не атом, а ион, имеющий электрический заряд, и подвесить его в магнитном поле. Тем самым решается сразу две задачи: кубит не взаимодействует с другими атомами и при помощи все того же магнитного поля с него можно считывать информацию или переводить его из одного состояния в другое. Точнее, как скажут физики, из одной суперпозиции состояний в другую.

Правда, здесь тоже не все оказалось так же просто, как выглядит на бумаге. Начнем с того, что пойманные в магнитные ловушки ионы (кстати, поймать надо один-единственный ион) требуется охладить до тысячных долей градуса выше абсолютного нуля, что само по себе является нетривиальной задачей. И при этом далеко не единственной.

Смотрите также Наряду с решением, предлагаемым группой физиков из Национального института стандартов США , существуют и другие идеи. Подробнее про квантовые компьютеры можно прочитать в "Вестнике РАН" за 2000 год: правда, статья рассчитана на читателей, знакомых с институтским курсом физики.

Если добавить , что необходим не один, а хотя бы два кубита, что нужна система, позволяющая при помощи магнитных полей или иных воздействий перепрограммировать ячейку квантового компьютера, будет вполне объяснимбольшой промежуток времени между рождением идеи квантовых вычислений (начало 1980-х годов) и появлением первой работающей ячейки.

Первая ячейка

В основе устройства, построенного группой Дэвида Ванлэнда, – ионы бериллия, охлажденные до сверхнизких температур и пойманные в магнитные ловушки. Меняя электрическое напряжение и облучая ионы ультрафиолетом при помощи специального лазера, ученые добились, что их детище смогло совершить 160 разных операций, запрограммированных физиками. Пусть не полноценный компьютер, но небольшое вычислительное устройство на квантовых принципах заработало.

Значит ли это, что теперь рухнут банковские шифры, а химики смогут быстро просчитывать различные реакции? К сожалению (или к счастью), пока нет. Квантовая ячейка работает с точностью около 79%, ошибаясь примерно в каждом пятом ,– для практического применения это недопустимо много. Технологию необходимо совершенствовать, но все же главное – что первый шаг уже сделан.

читать дальше

Самое полное сообщение сюжета

Новое поколение беспроводных планшетов SMART Slate

Вторник, 17 Ноя. 2009, 14:39:00 / источник: mobile-review.com

Компания SMART Technologies представила беспроводной планшет SMART Slate WS200. Он позволяет учителям и студентам вовлекаться в выполнение цифровых заданий, проецируемых на экран, в работу с интерактивной доской, интерактивным дисплеем или дисплеем интерактивной ручки из любого места в классной комнате. SMART Slate разработан с учетом обратной связи с пользователями, что привело к добавлению нескольких дополнительных функций, таких как улучшенная эргономика, удобная зарядка посредством USB кабеля и поддержка 10 языков, включая упрощенный китайский, кастильский испанский и бразильский португальский. Модель WS200 заместит WS100 (ранее беспроводной планшет AirLiner WS100) и поставки продукта покупателям в Северной Америке начнутся 23 ноября 2009 года, а глобальные поставки - 23 декабря.Каждая точка на активной площадке планшета SMART Slate (17,3X10,8см) соответствует точке на подключенном дисплее компьютера. Беспроводной протокол позволяет учителям и ученикам контролировать обучающие приложения на экране, писать и рисовать, или открывать и просматривать файлы на включенном компьютере или интерактивной доске SMART Board с любого места в классе. Эргономические усовершенствования сделали планшет SMART Slate меньше, легче и удобнее. Добавление третьей программируемой кнопки позволяет кастомизировать работу планшета, а функция ластика и добавления примечаний с помощью прилагаемой цифровой ручки без батареи, делает работу с планшетом более понятной, чем это было с моделью WS100. Планшет SMART Slate интегрируется с широким выбором продуктов SMART, включая интерактивный дисплей для ручки SMART Podium и интерактивную доску SMART Board, но также может использоваться только с компьютером и проектором.Беспроводная  технология – Bluetooth 2.1 предоставляет беспроводную связь на расстоянии 9,1 м и малое энергопотребление. Вес устройства составляет 612 граммов, а габариты - 26,6см X 21,6см X 2,6 см с активной площадью для ручки 17,3см X 10,8см. Предусмотрены три программируемые кнопки, которые могут быть настроены в зависимости от пожеланий пользователя для удобной работы.

читать дальше