Kvant kompyuterlari va ularning kriptografiyadagi o’rni Annostatsiya

|
Kvant kompyuterlari va ularning kriptografiyadagi o’rni Annostatsiya
|
bet | 1/2 | Sana | 21.05.2024 | Hajmi | 23,23 Kb. | | #247237 |
Bog'liq Hujjat5
Kvant kompyuterlari va ularning kriptografiyadagi o’rni
Annostatsiya: Ushbu maqola kvant tsuhunchasi tarixi va uning ahamiyati, kvant kompyuterlarini yaratish, ularning imkoniyatlari va insoniyatga qiladigan qulayliklari haqida o’qiguvchiga qisqacha mazmunda tushuntirilgan. Shuningdek, kvant kompyuterlarining kriptografiyadagi o’rni, roli va ta’sirini tushunishga qaratilgan. Bugungi kunning mashhur ixtirosi bo’lishi kutilayotgan kvant kompyuterlari kriptografiyada hisoblash uchun Shor algoritmi haqida ma’lumot berilgan.
Kalit so’zlar: kvant nazariyasi, Plank doimiysi, kvant, transistor, bit, kubit, Shor algoritmi, algoritm.
Kvant nazariyasi - shuningdek, kvant mexanikasi yoki kvant nazariyasi sifatida ham tanilgan, fizikaning asosiy bo'limi hisoblanib, butun borliqdagi materiya va energiyaning atom va subatomik qiymatdagi xususiyatlarini o'rganadi. Bu ko'plab texnologik yutuqlarga olib kelgan va ko’plab sohalardek oxiriga yetilmagan shuningdek, texnika va elektronika rivojlanayotgan davrda juda muhim bo’lgan, kelajagi istiqbolli, ulkan zafarlar kutilayotgan soha hisoblanadi. Shuningdek, boshqa ta'lim sohalariga, jumladan kimyo, biologiya va materialshunoslikka ta'sir ko'rsatgan murakkab va doimiy rivojlanayotgan sohadir.
Kvant nazariyasi tushunchasi o’z navbatida kvant fizikasidan kelib chiqqan hisoblanadi. Kvant tushunchasi haqida to’liq ma’lumotga ega bo’lishimiz uchun birinchi navbatda kvant fizikasi tarixi bilan tanishib chiqsak. Kvant fizikasi XX asrning boshlarida zarralarning atom va subatomik darajadagi xatti-harakatlarini tushuntirish uchun ishlab chiqilgan va bu butun dunyodagi sohalar uchun olamshumul voqea bo’lgan. Bu qora tana nurlanishi, shuningdek, fotoelektrning ta'siri kabi ba'zi hodisalarni bizga to’laligicha tushuntirib bera olmaydigan klassik fizikaning cheklovlariga javob bo’ldi desak mubolag’a bo’ldi desak noto’g’ri bo’lmaydi. Maks Plank 1900 yilda energiya uzluksiz emas, balki kvant deb ataladigan diskret paketlarda mavjudligini taklif qilganda kvant nazariyasining rivojlanishini boshlagan deb aytsak hech yanglishmagan bo’lamiz, albatta.
XIX asrning oxirlarida - nemis fizigi, Nobel mukofoti sovrindori Maks Plank Berlin ilm fanga o’zining issiqlik nurlanishining kvant xususiyati to’g’risidagi olamshumul kashfiyotini 1900-yilning 14 dekabrida ma’lum qildi. Shu kun biz hozir o’rganishga harakat qilayotgan kvant kompyuterlarining asosi kavant nazariyasining tug’ilgan kuni hisoblanadi. Shu kundan fizikada fundamental doimiy birliklar qatorida Plank doimiysi h=1,38062‧1023 J/K va biz energiya kvanti deb qo’llab kelayotgan tushuncha fizika va boshqa sohalar qatoridan joy oldi. Plankning kashfiyotidan so’ng, uning nazariyasiga, ya’ni kvant tushunchasiga tayanib, Albert Eynshteyn 1905-yilda fotoelektrik effekt hodisasini, hamda Nils Borning 1913-yildagi atom spektrlarini tushuntirb berishlari kvant nazariyasi uchun keyingi zafarlaridagi yo’llarini ravonlashtirdi.Xo’sh “kvant” nima? U aslida bizga nimaga kerak? Bu biz foydalana oladigan jjismoniy obyekt emas. Eng kichik zarraning ham eng kichik qismini tasvirlash mumkinmi? Ana shu savolga “kvant” tushunchasi javob beradi va biror narsaning mumkin bo’lgan eng kichik qismini tasvirlash uchun ishlatiladi.Shunday qilib, “kuch kvanti”, “vaqt kvanti”, va “zarralar kvanti” bo’lishi mumkin ekan. Biz esa yoritayotgan mavzumizda ularni umumiy holda olamiz.
Biz shu vaqtgacha kvant tushunchasi borligini bildik, xo’sh bu bizga nimaga kerak? Biz kvant orqali nimalarga erisholamiz? Bu savollar insonni o’ylashga majbur qiladi. Albatta men fizik olim emasman, lekin ushbu yoritayotgan maqolamni o’rganishda kvant tushunchasi va kvant kompyuterlari menga ham juda qiziq bo’ldi. Bir o’ylab ko’ring, oddiy kompyuteringizning kuchi yetgandan yana bir necha baravar katta imkoniyatlarga ega bo’lish insonni qiziqtiradi, haqiqatdan, sizning bir ikki soatda bitadigan ishingiz bir necha soniyada yakunlansa, siz albatta, xursand bo’lasiz va bunga qiziqishingiz yanada ortadi. Xo’sh , endi kvantga to’xtalsak, va endi biz kubitga (kvant bitiga), ya'ni "kvant ma'lumotlarining eng kichik va bo'linmas birligi" ga yetdik. Kvant tushunchasi bizga bo’linmas birliklar bilan cheklanib qolmasdan, ma’lumotlarni juda katta tezlikda uzatish ya’ni yorug’lik tezligida bajarish imkonini beradi. Shuning uchun hozirgi kunda hayotdagi qulayliklarni yanada oshirish maqsadida kvant kompyuterlarini yaratishga harakat qilishmoqda. Kvant haqida, kvant kompyuterlari haqida bilmaydigan odam ey bu narsaning iloji yo’q deb hisoblashi turgan gap. Yo’q, buni iloji bor albatta, chunki biz hozirgi kundangi yumushlarimizni yengillashtirayotgan klassik kompyuterlar yaratilishidan oldin ham shunaqa deb o’ylaganmiz. Hozir ko’rib turibmizki, klassik kompyuterlar kuchlidir, shuningdek, biz kutmagan ishlarga qodir va u shu davrning olamshumul voqealaridan biri desak adashmaymiz. Bugungi kunga kelib esa bizning qo’limdan keladigan ishlarning chegarasi yo’qligidan klassik kompyuterlar bilan chegaralanib qololmasligimizni angladik va odamzod o’zining qulayliklarini yanada yengillashtiradigan kvant kompyuterlarini yaratishga harakat qilmoqda va bunga erishishning imkoni bor. Klassik kompyuterlarda biz bitlardan foydalanadigan bo’lsak, kvant kompyuterlari esa qubitlarda ishlaydi. Kvant kompyuterlari biz klassik kompyuterlarda o’n yilda bajaradigan ishimizni atigi bir ikki soatda bajarishi mumkin. Har bir kompyuterning ichida uning ishlashi uchun zarur bo’lgan protsessor bor. Protsessor ichida esa minglab transistorlar mavjud. Transistorlar - bu kalit yoki kuchaytirgich sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan elektron qurilmalar. Tranzistorlarning rivojlanishi kvant mexanikasi tamoyillari tufayli mumkin bo'ldi. Transistorlar esa 0 va 1 lar ya’ni bitlarda ishlaydi, bu HA yoki YO’Qga o’xshaydi. 0 da YO’Q 1 da esa HA ya’ni o’chiq va yoniq holatda bo’ladi. Kvant kompyuterlari bu ishni bir vaqtning o’zida bajaradi. Ya’ni qubit bu mammoni qiladi. Kvant hisoblashda axborotning asosiy birligi an'anaviy raqamli elektronikadagi bitga o'xshash kubitdir. Klassik bitdan farqli o'laroq, qubit o'zining ikkita "asosiy" holatining superpozitsiyasida mavjud bo'lishi mumkin. U 0 dan 1 gacha bo’lgan qiymatlarni ham chiqaradi. Bit klassik axborot nazariyasining asosiy tushunchasi bo'lgani kabi, qubit ham kvant ma'lumotlarining asosiy birligidir. Xuddi shu qubit atamasi mavhum matematik modelga va ushbu model tomonidan ifodalangan har qanday jismoniy tizimga murojaat qilish uchun ishlatiladi. Klassik bit, ta'rifiga ko'ra, 0 va 1 bilan belgilanishi mumkin bo'lgan ikkita jismoniy holatning birida mavjud. Qubit holat bilan ham tavsiflanadi va ko'pincha ikkita holat yoziladi. Qubit standart asosda o'lchanganda, natija klassik bit bo'ladi. Born qoidasi kubitni o'lchashda amplitudalar va ehtimollar o'rtasidagi me'yor-kvadrat mosligini tavsiflaydi Qubit standart asosda o'lchanganda, natija klassik bit bo'ladi. Born qoidasi kubitni o'lchashda amplitudalar va ehtimollar o'rtasidagi me'yor-kvadrat mosligini tavsiflaydi.U butun spektrning xususiyatlariga ega va 15 foiz nol va 85 foiz bir kabi qiymatlarga ega bo'lishi mumkin. Qubitlarni tashkil etuvchi kvant materiali nozik va atrof-muhit ta'siriga juda sezgir. Ba'zi qubit saqlash usullari uchun qubitlarni joylashtiradigan birlik ularning muvofiqligini maksimal darajada oshirish uchun mutlaq nolga yaqin haroratda saqlanadi.
Kvant bo’lmagan klassik kompyuterlar ham hisoblashlarni bir kvant komyuterlari bilan bir xil natijada bajarishi mumkin, lekin o’rtada vaqt masalasi yotadi. Kvant ustunligi hisoblash imkoniyatidan ko'ra vaqt murakkabligi shaklida keladi va kvant murakkabligi nazariyasi shuni ko'rsatadiki, sinchkovlik bilan tanlangan vazifalar uchun ba'zi kvant algoritmlari eng yaxshi ma'lum bo'lgan kvant bo'lmagan algoritmlarga qaraganda eksponent ravishda kamroq hisoblash bosqichlarini talab qiladi. Bunday vazifalarni nazariy jihatdan keng ko'lamli kvant kompyuterida hal qilish mumkin, klassik kompyuterlar esa hisob-kitoblarni oqilona vaqt ichida tugatmaydi. Ajoyib to’g’rimi, siz bir necha yillik ishingizni kvant komyuteri bir necha soatda ishlab bersa.
Kvant kompyutrelarning kriptogirafiya sohasidagi o’rni va ta’siri murakkab bo’lib, ular klassik komyuterlarga nisbatan kriptografiya protsesslarini buzishda kuchli imkoniyatlarga va qulayliklarga ega. Kvant kompyuterlariningkriptografiya sohasidagi roli umuman olganda shunday, ular kvant algoritmlarini ishlatib, klassik kriptografiya protsesslarini kuchli ravishda buzishda ishtirok etishi mumkinligi sababli juda ahamiyatli hisoblanadi. Klassik kriptografiya protseslarini buzishga qaratilga eng mashhur algoritm bu Shor algoritmi hisoblanadi. Piter Shor (2017-yilda tasvirlangan) 1994 yilda kengaytiriladigan kvant kompyuteri RSA shifrlashni buzishi mumkinligini ko'rsatdi. Keyinchalik muammolarini hal qilish uchun kvant algoritmlari paydo bo'ldi, masalan, 1985 yilda Deutsch algoritmi, 1993 yilda Bernshteyn-Vazirani algoritmi va 1994 yilda Saymon algoritmi. Bu algoritmlar amaliy masalalarni yechmagan, balki matematikani ko'rsatgan.Kvant hisoblash kriptografiya va kiberxavfsizlik sohalarida muhim potentsial ilovalarga ega. Kvant mexanikasi tamoyillariga tayanadigan kvant kriptografiyasi tinglashga chidamli xavfsiz aloqa kanallarini yaratish imkoniyatini taqdim etadi. BB84 kabi kvant kalitlarini taqsimlash protokollari kriptografik kalitlarni tomonlar o'rtasida xavfsiz almashish imkonini beradi, bu esa aloqaning maxfiyligi va yaxlitligini ta'minlaydi. Bundan tashqari, kvant tasodifiy sonlar generatorlari xavfsiz shifrlash uchun zarur bo'lgan yuqori sifatli tasodifiy raqamlarni ishlab chiqishi mumkin. Biroq, kvant hisoblash an'anaviy kriptografik tizimlar uchun ham qiyinchiliklar tug'diradi. Shor algoritmi, butun sonlarni faktorizatsiya qilish uchun kvant algoritmi, RSA kabi keng qo'llaniladigan ochiq kalitli kriptografiya sxemalarini buzishi mumkin, ular katta sonlarni faktoring qilish qiyinligiga tayanadi. Klassik va kvant kompyuterlarining hujumlariga chidamli kriptografik algoritmlarni ishlab chiqishni o'z ichiga olgan post-kvant kriptografiyasi ushbu tashvishni hal qilishga qaratilgan faol tadqiqot yo'nalishidir.Kvant kriptografiyasi va kvantdan keyingi kriptografiya bo'yicha olib borilayotgan izlanishlar kvant hisoblash qobiliyatlari rivojlanayotgan sharoitda aloqa va ma'lumotlar xavfsizligini ta'minlash uchun juda muhimdir. Yangi QKD protokollarini ishlab chiqish, QRNGlarni takomillashtirish va post-kvant kriptografik algoritmlarni standartlashtirish kabi bu sohalardagi yutuqlar kvant davrida axborotning yaxlitligi va maxfiyligini ta’minlashda muhim rol o‘ynaydi.Kvant kriptografiyasi ma'lumotlarni xavfsiz uzatishning yangi usullarini ta'minlaydi; masalan, kvant kalitlarini taqsimlash xavfsiz kriptografik kalitlarni yaratish uchun chigal kvant holatlaridan foydalanadi. Yuboruvchi va qabul qiluvchi kvant holatini almashganda, ular dushman xabarni ushlab qolmasligini kafolatlashi mumkin, chunki har qanday ruxsatsiz tinglovchi nozik kvant tizimini bezovta qilishi va aniqlanishi mumkin bo'lgan o'zgarishlarni keltirib chiqarishi mumkin. Tegishli kriptografik protokollar yordamida jo'natuvchi va qabul qiluvchi tinglashga chidamli umumiy shaxsiy ma'lumotlarni o'rnatishi mumkin. Kvant algoritmlarini topishdagi muvaffaqiyat odatda ushbu kvant sxemasi modeliga qaratilgan, ammo kvant adiabatik algoritm kabi istisnolar mavjud. Kvant algoritmlarini mos keladigan klassik algoritmlarga nisbatan erishilgan tezlikni oshirish turi bo'yicha taxminan toifalarga bo'lish mumkin.Eng mashhur klassik algoritmdan ko'ra ko'p nomli tezlikni taklif qiladigan kvant algoritmlariga Shorning faktoring algoritmi va diskret logarifmlarni hisoblash uchun tegishli kvant algoritmlari, Pell tenglamasini echish va umuman abelian chekli guruhlar uchun yashirin kichik guruh masalasini echish kiradi. Kvant kompyuterlari klassik kompyuterlar samarali ishlab chiqa olmaydigan natijalarni ishlab chiqarishi mumkinligi va kvant hisoblash asosan chiziqli algebraik bo'lgani uchun, ba'zilar mashinani o'rganish vazifalarini tezlashtiradigan kvant algoritmlarini ishlab chiqishga umid bildirishmoqda.
Biz kvant tushunchasi, kvant kompyuterlari va kvant kompyuterlarining kriptovalyutadagi o’rni haqida bilib oldik. Xulosa qilib aytganda,bizni hayotimizni har bir sohada yengillashtirar ekan. Maslan, biz oddiy kompyuterda ya’ni oddiy 4 ta transistor olsak, u 0 va 1 larni ketmaketlikda 16marta bajarar ekan. Endi shuni kvant tranzistorda bajarsak u bu amalni bir vaqtni o’zida bajaradi. Bu esa vaqtdan 16 marta yutiladi degani. Shunday qilib aytganda, kvant kompyuterlari matematika hisoblash qiyin bo’lgan amallarni ham hisoblashda yordam beradi, tibbiyotda ham insondagi aniqlab bo’lmaydigan kasalliklarga da’vo topishda ,albatta informatika sohasida, kriptovalyutada, texnika va elektronika rivojlanyotgan davrda insoniyat hayotini yengillalshtiradi.Hisoblash kompyuterlari hayotimizga qanday yengilliklar yaratayotgan bo’lsa, yaqin kelajakda kvant kompyuterlari bundanda yuqori darajada insoniyat hayotini va ilm fan, texnika rivojini yuksaltiradi.
|
| |