Российские ученые разработали набор алгоритмов, позволяющих быстро разрабатывать квантовые приложения и различные вычислительные системы для решения сложных задач, в том числе взломов шифров. Работа была опубликована в высокорейтинговом международном научном журнале PLoS One.

Разработками в области квантовых вычислений занимаются как гиганты вроде Google, IBM и Intel, так небольшие стартапы и исследовательские группы. Часть из этих разработок доступна широкой публике через облачные сервисы.

При этом такие компьютеры могут иметь радикально разную архитектуру, что заставило разработчиков задуматься о создании инструментов, позволяющих реализовывать квантовые алгоритмы на большом числе подобных машин без изменения исходного кода. Один из самых успешных продуктов такого рода — открытая библиотека PennyLane, разрабатываемая при поддержке компании Amazon и квантового стартапа Xanadu.

«Эффективная реализация квантовых алгоритмов является одной из главных задач на пути к практической реализации квантовых вычислений. В данной работе мы представили программный пакет, содержащий реализацию различных квантовых операций и известных квантовых алгоритмов для библиотеки PennyLane», — рассказал один из авторов работы, руководитель лаборатории квантовых информационных технологий Университета «МИСиС» Алексей Федоров.

Группа исследователей из НИТУ «МИСИС» и Российского квантового центра разработала пакет инструментов, необходимых для реализации квантового алгоритма Шора, позволяющего быстро подобрать ключ к данным, зашифрованным при помощи алгоритма RSA. На сегодняшний день взлом RSA сегодня считается одной из самых приоритетных задач для квантовых компьютеров.

Исследователи проанализировали операции, необходимые для реализации алгоритма Шора и многих других программ, и реализовали их при помощи тех инструментов и возможностей, которые доступны в библиотеке PennyLane.

Кроме того, они подготовили набор алгоритмов, позволяющих оценить число кубитов и других ресурсов, необходимых для проведения вычислений на реальном квантовом процессоре.

Разработанные российскими учеными инструменты позволят ускорить проверку работы различных вариаций алгоритма Шора на разных моделях квантовых компьютеров и позволят продвинуться в разработке других алгоритмов, в которых задействуются схожие логические операции.

Совместное исследование Университета «МИСиС» и РКЦ поддержано ЛИЦ, РНФ и программой «Приоритет 2030».