## Квантовые вычислительные техника: возможности и опасности

## Source details

**Canonical URL:** [Квантовые вычислительные техника: возможности и опасности](https://www.imf.org/-/media/files/publications/fandd/article/2021/december/ru/deodoro.pdf)

## Other formats

- [Markdown version](/-/media/files/publications/fandd/article/2021/december/ru/deodoro.pdf.md)
- [Structured JSON version](/-/media/files/publications/fandd/article/2021/december/ru/deodoro.pdf.json)

---

### Квантовая революция и принципы
- Квантовые вычисления используют квантовые явления, такие как суперпозиция и запутанность.
- Основная единица — квантовый бит (кубит), который может одновременно быть и нулём, и единицей (суперпозиция).
- Квантовая запутанность: изменение состояния одного элемента мгновенно влияет на другие запутанные элементы независимо от расстояния.
- Увеличение числа кубитов обеспечивает экспоненциальный рост вычислительной мощности:
  - Для моделирования квантового компьютера со всего лишь 54 кубитами потребуется примерно 18 квадриллионов битов традиционной памяти.
  - Чтобы достичь мощности квантового компьютера из 100 кубитов, потребовалось бы больше битов, чем есть атомов на всей нашей планете.
  - Для компьютера из 280 кубитов потребуется больше битов, чем имеется атомов в известной нам Вселенной.
- 2019 год: компания Google использовала квантовый компьютер для выполнения определённой вычислительной задачи за 200 секунд; по словам представителей компании, для решения этой задачи самому мощному на тот момент цифровому суперкомпьютеру потребовалось бы 10 000 лет.

### Возможности для науки и финансов
- Квантовые компьютеры способны решать сложные вычислительные задачи значительно быстрее, что:
  - ускорит научные открытия и инновации;
  - произведёт революцию в моделировании и имитационных расчётах работы финансовых рынков;
  - расширит возможности машинного обучения и искусственного интеллекта;
  - поможет моделировать субатомные частицы, молекулярные взаимодействия и химические реакции, что может привести к новым материалам (например, твёрдотельным батареям);
  - поможет понять процессы изменения климата.
- В финансовой системе:
  - более точное моделирование методом Монте-Карло для прогнозирования поведения рынков практически в режиме реального времени;
  - решение задач оптимизации (распределение капитала, определение портфельных инвестиций, управление наличностью в банкоматных сетях) за доли времени от требуемого цифровым компьютерам;
  - ускорение настройки алгоритмов машинного обучения, поскольку время для цифровых компьютеров растёт экспоненциально с добавлением измерений, тогда как с квантовыми компьютерами это иначе.

### Угрозы для криптографии и финансовой стабильности
- Современная криптография основана на трёх типах алгоритмов: симметричные ключи, асимметричные ключи (открытые ключи) и функции хеширования.
- Квантовые компьютеры могут сделать асимметричную криптографию устаревшей и ослабить другие криптографические ключи и хэши.
- Теоретически полностью функционирующий квантовый компьютер может взломать асимметричный ключ за несколько минут.
- Открытые ключи особенно уязвимы, поскольку многие основаны на задаче факторизации; квантовые компьютеры смогут эффективно решать такие задачи.
- Последствия успешных атак на асимметричную криптографию для финансовой системы:
  - угроза коммуникациям через Интернет, включая мобильный банкинг, электронную коммерцию, платежные операции, снятие наличных в банкоматах, VPN;
  - уязвимость цифровых активов, таких как Bitcoin и Ethereum;
  - риск для защищённых паролем веб-приложений;
  - HTTPS используется на 97 из 100 ведущих вебсайтов мира, что указывает на широту потенциального воздействия.
- Ретроспективный риск: перехваченная и сохранённая сегодня информация может быть расшифрована в будущем, когда появятся мощные квантовые компьютеры; практически любое зашифрованное личное или финансовое сообщение, отправленное и сохранённое сегодня, может быть расшифровано задним числом.
- Большинство финансовых учреждений и регулирующих органов пока не осознало этих новых видов рисков.

### Необходимые меры для финансовых учреждений и роль МВФ
- Гонка по разработке квантово-безопасных стандартов уже началась:
  - Национальный институт стандартов и технологии (США) проводит конкурс на разработку квантово-безопасных алгоритмов; в институте надеются объявить победителя к 2024 году.
  - Европейский институт по стандартизации в области электросвязи также среди лидеров.
- Рекомендуемые шаги для финансовых учреждений:
  - незамедлительно оценить ретроспективные и будущие риски, связанные с квантовыми компьютерами;
  - учитывать информацию, которая, возможно, уже была перехвачена и может быть использована спустя годы;
  - разработать планы по переводу текущей криптографии на квантово-устойчивые алгоритмы;
  - провести инвентаризацию криптографии с открытыми ключами, используемой ими и сторонними поставщиками;
  - перевести уязвимые алгоритмы на постквантовую криптографию;
  - развивать криптографическую гибкость для плавного обновления алгоритмов.
- Практические замечания:
  - мероприятия по замене алгоритмов проще, чем переход к пост-квантовым стандартам, но они могут быть чрезвычайно дезорганизующими и часто занимают годы или десятилетия.
  - современные квантовые компьютеры очень чувствительны к возмущениям (тепло, свет, вибрация), что приводит к ошибкам; однако машины с меньшим количеством ошибок и способные взламывать коды не за горами.
- Роль МВФ:
  - повысить осведомлённость стран-членов о рисках для финансовой стабильности, связанных с квантовыми компьютерами;
  - содействовать распространению квантово-безопасных стандартов и практик;
  - поощрять страны-члены к тесному сотрудничеству в разработке стандартов квантово-безопасного шифрования для обеспечения межоперационной совместимости и принятия планов миграции шифрования для своих финансовых секторов.

*Данная статья основана на Рабочем документе МВФ 21/71 «Квантовые вычисления и финансовая система: страшноватая динамика на расстоянии?»*

---


_Source: https://www.imf.org/-/media/files/publications/fandd/article/2021/december/ru/deodoro.pdf_