Аннотация. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления – одна из самых обсуждаемых и сложных тем современной науки. Однако сложность технологии создаёт множество мифов, искажающих реальную картину прогресса. Автор сопоставляет популярные заблуждения с реальными фактами, техническими ограничениями и последними инженерными успехами.
Ключевые слова: квантовый компьютер, классический компьютер, мифы о квантовых компьютерах, кубиты, криптография.
Квантовые компьютеры – одна из самых обсуждаемых и динамично развивающихся тем современной науки. Признанием колоссальной значимости этой области стало вручение Нобелевской премии по физике в 2025 году за достижения в области квантовых вычислений и передачи информации. Однако, несмотря на признание научным сообществом, для широкой публики принципы работы этих устройств остаются загадкой. Квантовая механика контринтуитивна: она противоречит нашему повседневному опыту, и именно эта сложность, помноженная на громкие заголовки СМИ, порождает множество заблуждений. Люди часто воспринимают слово «квантовый» как синоним «магический» или «всемогущий». Цель данной статьи отделить научные факты от вымысла и сформировать четкое понимание того, на что действительно способны эти машины сегодня и в будущем, а какие ожидания являются ложными.
- Квантовый компьютер нереально создать?
В медиапространстве регулярно освещаются достижения в сфере создания квантового компьютера. Тем не менее, немало учёных сомневается в самой возможности создания квантового компьютера, обладающего решающим преимуществом перед классическими. Например, на данный момент самый продвинутый классический алгоритм на классическом компьютере может разлагать на множители числа намного превышающие возможности лучшего квантового компьютера [6]. Следует также отметить, что физика, лежащая в основе квантовых вычислений, не изучена до конца и содержит множество неразрешённых вопросов. Поэтому не исключено, что создание квантового компьютера неосуществимо. На этом фоне высказываются предположения, что развитие индустрии обусловлено преимущественно маркетинговыми и финансовыми интересами, а не реальным прогрессом. Скептики указывают на отсутствие значимых практических достижений как на аргумент против экономической эффективности вложений, характеризуя исследования как нецелесообразные. Однако, данная точка зрения не является доминирующей, так как экспертное сообщество в целом признает фундаментальную сложность реализации квантовых вычислений как в теоретическом, так и в инженерном аспектах. Более того, история науки содержит множество примеров, когда длительные теоретические разработки не приносили немедленной практической выгоды.
Подобные скептические настроения, как правило, ослабевают по мере того, как учёные добиваются существенного прогресса. Например, группа учёных из University of Stuttgart, RWTH Aachen University и Forschungszentrum Jülich под руководством таких исследователей, как Hans Peter Büchler и Markus Müller разработала новые схемы коррекции ошибок без измерений, которые показывают улучшенную устойчивость логических операций и снижение уровня ошибок, что является ключевым шагом к масштабируемым квантовым компьютерам [4]. Также Manuel Endres, Hannah Manetsch, Gyohei Nomura, Elie Bataille из Калифорнийского технологического института (Caltech) создали 6100-кубитный массив нейтральных атомов с длительным временем когерентности, что является рекордом [3]. Высокий вычислительный потенциал квантовых систем подтверждается недавними достижениями Google Quantum AI. В ходе демонстрации работы алгоритма Quantum Echo на 105 кубитах была зафиксирована скорость вычислений, превышающая показатели классических суперкомпьютеров в 13 000 раз при решении задач моделирования физических систем [2]. Все эти достижения показывают, что возможно квантовый компьютер и не реализует все прогнозируемые результаты, но он точно может осуществить многие функции лучше, чем обычный суперкомпьютер.
- Квантовый компьютер заменит обычный
Мы привыкли, что компьютер представляет собой универсальное устройство, выполняющее широкий спектр функций, и чем выше его производительность, тем эффективнее он справляется со своими задачами. Поэтому в массовом сознании широко распространено представление о квантовом компьютере как о новом, более мощном поколении устройств, которое сменит классические компьютеры, подобно тому, как мобильная связь перешла с 3G на 4G.
Предположение о том, что квантовые системы заменят персональные устройства для повседневных нужд за счет высокой производительности, ошибочно. По словам А. Гурсанова, руководителя направления квантовой безопасности SAP, первые эксперименты показывают, что квантовые вычисления, действительно, могут решать некоторые проблемы быстрее, но не все [1]. Основным направлением применения квантовых вычислений является решение задач обработки больших массивов данных и симуляция поведения квантовых систем: атомов, химических веществ, сложных белков и т.д.
Ключевое различие между классическими и квантовыми вычислениями заключается в их архитектуре. Классический компьютер оперирует битами (0 или 1) и идеально подходит для последовательной обработки информации, необходимой для офисных программ, просмотра видео, интернет-сёрфинга или современных игр. В отличие от него, квантовый компьютер использует кубиты, которые могут находиться в суперпозиции (одновременно 0 и 1), что позволяет выполнять параллельные вычисления, но только для тех задач, которые имеют специфическую квантовую структуру (например, поиск в неструктурированных базах данных с помощью алгоритма Гровера или симуляция поведения молекул).
Применение квантовых технологий для повседневных задач нецелесообразно: это не только избыточно, но и крайне неэффективно из-за необходимости постоянно преобразовывать квантовое состояние в классический результат.
Таким образом, квантовый компьютер следует рассматривать как мощный специализированный копроцессор или акселератор, который будет работать в связке с классическими суперкомпьютерами, а не как их прямую замену.
- Вся криптография будет взломана, когда появится квантовый компьютер
Вся современная криптография основана на предположении, что некоторые математические задачи практически нерешаемы за разумное время на классических компьютерах. Использование же квантовых компьютеров кардинально меняет это уравнение, потому что они не ускоряют перебор, а меняют сам математический подход к решению.
Угроза, которую несут для криптографии квантовые компьютеры, имеет избирательный характер. Наиболее драматично она затрагивает основу современного цифрового доверия – асимметричную криптографию (RSA, ECC), которая построена на задачах факторизации и дискретного логарифма.
Асимметричное шифрование, также известное как криптография с открытым ключом, реализует связку двух математически связанных ключей: публичного (открытого) и приватного (закрытого). Открытый ключ свободно распространяется и используется для шифрования сообщений или проверки цифровой подписи, тогда как связанный с ним закрытый ключ хранится в секрете и служит для расшифровки или генерации подписи.
Эффективность данной модели криптографии прямо зависит от трудоемкости обратных математических преобразований. Критическую уязвимость здесь создает квантовый алгоритм Шора. Он решает две ключевые для ассиметричной криптографии математические задачи с экспоненциальным ускорением по сравнению с классическими компьютерами: факторизация больших целых чисел и дискретная логарифмизация.
Алгоритм Шора, используя квантовые преобразования Фурье и суперпозицию состояний, позволяет решать задачи факторизации и вычисления дискретного логарифма за полиномиальное время на идеальном квантовом компьютере. Это теоретически делает возможным извлечение закрытого ключа из известного публичного ключа и, следовательно, компрометацию всей криптографической системы.
В зону риска попадают наиболее распространенные алгоритмы с открытым ключом (RSA, Diffie-Hellman, ECC). Поскольку именно они обеспечивают защиту соединений в протоколах HTTPS, TLS и SSH, появление мощного квантового компьютера сделает возможным как чтение защищенной переписки, так и создание поддельных цифровых сертификатов.
Гораздо устойчивее оказывается симметричная криптография (AES), используемая для шифрования данных.
Симметричное шифрование опирается на общую криптографическую парадигму, в которой один и тот же секретный ключ используется как для преобразования открытого текста в шифротекст, так и обратно для восстановления исходной информации.
Существующий квантовый алгоритм Лова Гровера, решающий задачу поиска в неструктурированной базе данных, позволяет произвести поиск ключей с квадратичным ускорением по сравнению с методом перебора классического компьютера.
Хотя алгоритм Гровера теоретически снижает эффективную стойкость симметричных ключей, практические последствия этой угрозы могут быть смягчены за счёт адекватного увеличения длины ключа. Согласно современным оценкам криптографов, удвоение длины ключа влечёт за собой экспоненциальное увеличение пространства возможных ключей, что компенсирует квадратичное ускорение квантовой атаки алгоритма Гровера.
Реализация алгоритма Шора или Гровера требует квантового процессора с беспрецедентным количеством устойчивых кубитов (логических кубитов), что является сложнейшей инженерной задачей. Самые оптимистично настроенные специалисты считают, что ближайшие 5-10 лет не будет реализован достаточно сильный квантовый компьютер, способный преодолеть современные криптографические барьеры [5]. Эти технические трудности создают критическое временное окно, которое ученые-криптографы используют для работы на опережение.
Международное сообщество криптографов, академических учреждений и отраслевых организаций активно участвует в создании и оценке криптографических схем, устойчивых к атакам как классических, так и будущих квантовых вычислений, с целью заменить или дополнить существующие стандарты асимметричных алгоритмов. Этот процесс включает международные конкурсы алгоритмов, многоступенчатые оценки безопасности и подготовку руководств по миграции, и отражает стремление обеспечить долгосрочную защищённость информационных систем в цифровой инфраструктуре, включая системы связи, финансовые транзакции и критически важные сервисы, которые требуют устойчивой защиты данных. В настоящее время в рамках международных конкурсов, например, проводимых Национальным институтом стандартов и технологий США, уже отобраны кандидаты для стандартизации в области постквантовой криптографии. Эти новые криптографические протоколы основаны на математических задачах, которые сложны как для классических, так и для квантовых компьютеров.
Следовательно, к моменту появления мощного квантового компьютера мир, вероятно, уже перейдет на криптографические стандарты, которые сведут его угрозу к минимуму. Угроза существует, но она является управляемым риском, а не неминуемой катастрофой.
Новейшие технологии часто обрастают крайними прогнозами – от полного отрицания до преувеличения их возможностей. Реальность же, как это часто бывает, лежит в области кропотливой инженерной работы.
В настоящее время мировое научное сообщество сосредоточено на преодолении ключевых технологических барьеров, таких как декогеренция и масштабируемость систем. Динамика последних лет демонстрирует значительные успехи в области квантовой коррекции ошибок и увеличении времени жизни кубитов, что планомерно приближает нас к моменту создания отказоустойчивых вычислителей, способных решать практически значимые задачи. Каждая итерация новых прототипов подтверждает жизнеспособность теоретических моделей, трансформируя квантовые вычисления из области гипотез в плоскость долгосрочных, но достижимых инженерных проектов.
Список литературы:
- Forbes.com (сайт), 2019. (дата обращения: 20.01.2026).
- Google's Quantum Echo algorithm shows world's first practical application of Quantum Computing – Willow 105-qubit chip runs algorithm 13,000x faster than a supercomputer // Tom’s Hardware (сайт), 2025. (дата обращения: 20.01.2026).
- Livescience (сайт), 2025. (дата обращения: 18.01.2026).
- Measurement-free quantum error correction optimized for biased noise / K. Brechtelsbauer, F. Butt, D.F. Locher [et al.] // PRX Quantum, 2025. Vol. 6. Iss. 4. (дата обращения: 20.01.2026).
- The Case Against Quantum Computing // IEEE Spectrum (сайт), 2018. (дата обращения: 20.01.2026).
- What Quantum Computers Can Do Better Than Classical Computers // PostQuantum (сайт), 2025. (дата обращения: 17.01.2026).
Quantum computers: separating scientific fact from technological fiction
Breus I.V.,
10th grade student, School № 1574, Moscow
Research Supervisor:
Budnik Ivan Alekseevich,
teacher of informatics at School 1574, Moscow
Abstract. Quantum computers and quantum computing is one of the most discussed and complex topics of modern science. However, the complexity of technology creates a lot of myths that distort the real picture of progress. The author compares popular misconceptions with real facts, technical limitations and recent engineering successes.
Keywords: quantum computer, classical computer, myths about quantum computers, qubits, cryptography.
References:
- Forbes.com (website), 2019. (date of the address: 20.01.2026).
- Google's Quantum Echo algorithm shows world's first practical application of Quantum Computing – Willow 105-qubit chip runs algorithm 13,000x faster than a supercomputer // Tom’s Hardware (website), 2025. (date of the address: 20.01.2026).
- Livescience (website), 2025. (date of the address: 18.01.2026).
- Measurement-free quantum error correction optimized for biased noise / K. Brechtelsbauer, F. Butt, D.F. Locher [et al.] // PRX Quantum, 2025. Vol. 6. Iss. 4. (date of the address: 20.01.2026).
- The Case Against Quantum Computing // IEEE Spectrum (website), 2018. (date of the address: 20.01.2026).
- What Quantum Computers Can Do Better Than Classical Computers // PostQuantum (website), 2025. (date of the address: 17.01.2026).