Перспективы, проблемы и развитие квантовых технологий

Г. Г. Малинецкий, Т. С. Ахромеева, С. А. Торопыгина


Аннотация: Обзор рассматривает перспективы использования квантовых технологий, тесно связанные с задачами прикладной математики.
Первая часть работы показывает, какие фундаментальные проблемы сейчас стоят перед квантово-механическим описанием реальности. Если в начале XX в. квантовая механика трактовалась как статистическая теория, то эксперименты последних десятилетий позволили работать с отдельными микрочастицами, и это изменило взгляд на принципиальные проблемы, которые волновали создателей квантовой механики. На ее интерпретации, на которые раньше смотрели как философские проблемы, сейчас можно взглянуть с другой точки зрения и использовать предсказанные в их рамках представления для создания новых технологий.
Вторая часть работы посвящена анализу динамики развития квантовых технологий и их связей с проблемами прикладной математики. Если считать создание квантовой теории в 20-х годах первой квантовой революцией, то сейчас происходит вторая квантовая революция. Она уже очень существенно меняет математические основы криптографии, связанные с использованием сложных задач в различных протоколах.
Одним из самых дерзких направлений развития современных технологий являются квантовые. Их развитие связано со второй квантовой революцией – важным направлением современной физики. Если в других областях можно предвидеть, на какой уровень удастся выйти в ближайшие десятилетия, то здесь неопределенность гораздо выше. Важнейшие экономические, телекоммуникационные, военные приложения связаны с новыми системами защиты информации, математическим моделированием, новыми поколениями датчиков, квантовыми компьютерами.
В настоящее время ряд стран, имея ввиду квантовые технологии, решает, как выйти на новый уровень защиты информации. Одно направление развивает существующие подходы математической криптографии. Это постквантовая защита, в которой используются сложные задачи, недоступные даже квантовым компьютерам, которые, возможно, будут созданы в обозримой перспективе. Второе направления связано с квантовыми технологиями обмена ключей, используемых в традиционных системах криптографии. Перспективы применения квантовых подходов здесь представляются обширными и очень интересными.
Развитие новых технологий во многих случаях происходит парадоксально. То, что находилось на далекой периферии научно-технических разработок, может оказаться через определенное время ключевым направлением.

Ключевые слова: проблемы квантовой механики, неравенство Белла, интерпретации квантовой механики, первая квантовая революция, сложные задачи, математическая криптография, квантовая телепортация, перспективы использования квантовых технологий в различных сферах деятельности, появляющиеся прорывные технологии, вторая квантовая революция, новые системы связи, математическое моделирование квантовых систем, квантовые компьютеры, кубиты.