Квантовая физика долгое время считалась областью теорий, граничащих с магией и противоречащих здравому смыслу. Шохини Гоуз, физик и профессор Университета Уилфрида Лорье, в своей публичной лекции в Perimeter Institute доказывает, что мы стоим на пороге новой эры, где «странности» микромира становятся фундаментом для глобальных технологических и социальных перемен.
🔒 От Камасутры до RSA: краткая история криптографии 3:24
Шохини Гоуз начинает свой рассказ с неожиданного примера — древнеиндийского трактата «Камасутра», написанного около 2000 лет назад. Оказывается, это не только руководство по стилю жизни, но и один из старейших источников, описывающих протоколы шифрования . В книге предлагался «шифр подстановки», позволяющий влюбленным тайно обмениваться сообщениями . Однако любая система шифрования, основанная на логике, рано или поздно подвергается взлому. Арабские математики со временем разработали алгоритмы частотного анализа, которые сделали такие шифры уязвимыми .
Современная криптография, по словам Гоуз, шагнула далеко вперед, но сохранила тот же принцип: в её основе лежат сложные математические задачи.
- Задача факторизации: современные пароли защищены тем, что суперкомпьютерам требуется очень много времени (иногда месяцы работы всех мощностей мира), чтобы разложить огромное число на два простых множителя .
- Проблема вычислительной мощности: Гоуз подчеркивает, что нынешняя безопасность — это лишь вопрос времени. Как только появятся более мощные компьютеры, текущие методы шифрования станут бесполезными .
- Физика вместо математики: лектор предлагает радикальное решение — использовать законы физики вместо математических задач. Взломать такое шифрование будет означать «взломать законы Вселенной» .
🌀 Принцип неопределенности: когда ошибки становятся ресурсом 9:41
В основе квантовой революции лежит принцип неопределенности Гейзенберга. Шохини Гоуз объясняет, что в квантовом мире невозможно одновременно точно знать положение и скорость частицы . Это не ограничение наших приборов, а фундаментальное свойство реальности.
- Смена парадигмы: если классическая физика строилась на абсолютной точности, то квантовая говорит о «врожденной расплывчатости» мироздания .
- Метод «Заткнись и считай»: физики десятилетиями использовали математический аппарат квантовой механики для создания лазеров и транзисторов, не пытаясь до конца осознать её странность .
- Баги как фичи: революционная идея 1980-х годов заключалась в том, чтобы превратить неопределенность в ресурс . Если мы не можем точно измерить состояние частицы, не изменив его, значит, никто не сможет незаметно скопировать данные, зашифрованные в этой частице .
👩🔬 Стеклянный потолок в мире науки: личный опыт Шохини Гоуз 14:07
Путь Шохини Гоуз в физике был сопряжен с личной «неопределенностью». Она вспоминает, как часто была единственной женщиной в аудитории, а профессора начинали лекции со слов «Доброе утро, джентльмены» . Это заставило её задуматься: есть ли научные доказательства того, что женщины менее склонны к науке?
Гоуз приводит данные масштабных исследований:
- Младенцы: трехлетние мальчики и девочки одинаково хорошо справляются со счетом до трех и одинаково плохо — после трех .
- Школьники: результаты тестов 8-классников в США показывают, что разрыв между полами в математике практически исчез за последние 30 лет .
- Международный контекст: в некоторых странах (например, в Иордании) девочки показывают лучшие результаты в науке, чем мальчики, что доказывает влияние среды, а не биологии .
- Бессознательные предубеждения: исследование в научных музеях показало, что и матери, и отцы тратят в три раза больше времени на объяснение экспонатов сыновьям, чем дочерям .
- Тест «Нарисуй ученого»: в 1983 году из 5000 детей только 28 девочек нарисовали женщину-ученого, и ни один мальчик этого не сделал . Сейчас ситуация меняется, но стереотип «безумного профессора в халате» всё еще силен .
Гоуз резюмирует: женщины занимаются физикой не потому, что это легко, а потому, что они её любят . Она вдохновляется примером Сесилии Пейн-Гапошкиной, которая первой доказала, что звезды состоят из водорода и гелия .
⚡ Квантовая запутанность и «телепортация» 29:38
Одним из самых мощных инструментов новой революции является квантовая запутанность. Шохини Гоуз сравнивает запутанные частицы с парой перчаток: если одна — левая, то другая мгновенно оказывается правой, даже если они разделены огромным расстоянием .
- Квантовая телепортация: это не перемещение человека в стиле «Звездного пути», а передача квантовой информации из одной точки в другую через запутанный канал .
- Китайский спутник: в 2016 году Китай успешно запустил спутник «Миций», который продемонстрировал передачу запутанных фотонов на Землю, заложив основу для будущего квантового интернета .
💻 Квантовые компьютеры: IBM, Google и шум в системе 33:39
Сегодня квантовые компьютеры уже реальность, к которой можно прикоснуться через облачные сервисы. Гоуз демонстрирует фото квантового компьютера IBM, который требует охлаждения до температур ниже, чем в открытом космосе .
- Квантовое превосходство: в 2019 году Google объявила о достижении «квантового превосходства», решив сложную задачу быстрее любого суперкомпьютера .
- Эксперимент Шохини Гоуз: её команда провела на компьютере IBM симуляцию игры для трех игроков. В классическом варианте без общения игроки выигрывают в 75% случаев. Используя квантовую запутанность (которая работает как невидимая связь), они могут выигрывать в 100% случаев . На реальном «шумном» железе IBM результат составил чуть меньше 100%, но всё равно значительно выше классического предела .
🌏 Глобальная гонка и социальный вызов 48:34
В мире развернулась настоящая «квантовая гонка вооружений». По данным, представленным лектором:
- Китай инвестирует более 10 миллиардов долларов в это направление .
- ЕС и США выделяют по 1 миллиарду долларов ежегодно .
- Индия недавно объявила о вложении более 1 миллиарда долларов .
Шохини Гоуз предупреждает, что подготовку к «квантовому взлому» нужно начинать уже сегодня. Даже если мощный компьютер появится через 20 лет, данные (например, медицинские записи), которые собираются сейчас, могут быть украдены и расшифрованы позже . Переход на новые стандарты безопасности может занять более десятилетия .
Главная идея Гоуз заключается в том, что «третья квантовая революция» будет не технологической, а социальной. Вопрос в том, кто будет владеть этими технологиями и как сделать так, чтобы выгоды от квантовых вычислений — от разработки новых лекарств до создания сверхпроводников — распределялись справедливо .
