Бүх нийтлэлүүд
2026.10.247 min read#шинэтехнологи#QuantumComputing#QuantumTechnology#CyberSecurity#PostQuantumCryptography#Technology
Квант компьютер гэж юу вэ? Ирээдүйн технологи бидний амьдралыг хэрхэн өөрчлөх вэ?
А.Номин-Эрдэнэ
Багш
А.Номин-Эрдэнэ
Багш
Өнөөдөр бидний өдөр тутмын амьдрал компьютер, ухаалаг утас, интернет, хиймэл оюун ухаан зэрэг технологиос салшгүй хамааралтай болжээ. Бид хэдхэн секундын дотор мэдээлэл хайж, дэлхийн нөгөө өнцөгт байгаа хүнтэй харилцаж, асар их хэмжээний өгөгдөл боловсруулж чаддаг болсон. Гэсэн хэдий ч өнөөгийн хамгийн хүчирхэг суперкомпьютерүүдэд хүртэл шийдвэрлэхэд маш их хугацаа шаарддаг, зарим тохиолдолд бодит боломжийн хүрээнд тооцоолоход хэтэрхий төвөгтэй асуудлууд бий.
Тэгвэл ийм асуудлыг шийдвэрлэх цоо шинэ арга байвал яах вэ?
Эндээс Quantum Computing буюу квант тооцоолол хэмээх технологийн тухай ойлголт гарч ирнэ. Квант компьютер нь бидний хэрэглэж буй энгийн компьютерээс өөр зарчмаар мэдээлэл боловсруулдаг бөгөөд квант физикийн өвөрмөц шинж чанаруудыг ашигладаг. Энэ технологи нь шинжлэх ухаан, анагаах ухаан, материал судлал, мэдээллийн технологи, кибер аюулгүй байдал зэрэг олон салбарт шинэ боломж нээхээр судлагдаж байна.
Квант компьютер (Quantum Computer) гэдэг нь квант механикийн зарчмуудыг ашиглан мэдээлэл боловсруулж, тооцоолол гүйцэтгэдэг компьютерийн төрөл юм.
Үүнийг ойлгохын тулд эхлээд энгийн компьютер хэрхэн ажилладгийг авч үзье. Бидний хэрэглэдэг компьютер, гар утас, серверүүд мэдээллийг бит (bit) хэмээх хамгийн жижиг нэгжээр илэрхийлдэг.
Бит нь зөвхөн хоёр боломжит утгын аль нэгийг авна:
0 — унтраалттай төлөв
1 — асаалттай төлөв
Харин квант компьютер нь кубит (qubit) хэмээх мэдээллийн нэгжийг ашигладаг. Кубит нь хэмжихээс өмнө 0 болон 1 төлөвийн квант хослолд орших боломжтой. Үүнийг Superposition буюу суперпозици гэж нэрлэдэг.
Квант компьютерийн ажиллагааг ойлгоход дараах гурван үндсэн ойлголт чухал.
Энгийн компьютерийн бит 0 эсвэл 1 гэсэн нэг төлөвтэй байдаг бол кубит нь эдгээр төлөвийн квант хослолд оршиж чаддаг. Үүнийг зоосоор төсөөлж болно. Ширээн дээр хэвтэж буй зоос сүлд эсвэл тоо гэсэн нэг талтай харагдана. Харин эргэлдэж буй зоосыг суперпозицийн талаар анхны төсөөлөл авахад ашиглаж болно. Гэхдээ квант суперпозици нь зүгээр л эргэлдэж буй зоос биш, физикийн хувьд өөр үзэгдэл юм.
Хоёр буюу түүнээс олон кубит хоорондоо квантын холбоотой төлөв үүсгэхийг орооцолдол гэж нэрлэдэг. Ийм үед нэг кубитийн хэмжилтийн үр дүн нөгөө кубитийн үр дүнтэй онцгой хамааралтай байж болно. Энэ шинж чанар нь квант компьютер олон кубитийг хамтад нь ашиглан тооцоолол хийхэд чухал үүрэгтэй. Гэхдээ квант орооцолдол нь гэрлийн хурдаас хурдан мэдээлэл дамжуулах боломж олгодоггүй.
Квант төлөвүүдийн магадлалын амплитудууд хоорондоо нөлөөлж, зарим үр дүнгийн магадлалыг нэмэгдүүлж, заримынхыг бууруулж чаддаг. Квант алгоритмууд энэхүү шинж чанарыг ашиглан хүссэн хариулт гарах магадлалыг нэмэгдүүлэхээр зохион бүтээгддэг. Эдгээр гурван зарчим нь квант тооцооллыг уламжлалт тооцооллоос ялгадаг гол онцлогууд юм.
Энгийн компьютер болон квант компьютер нь мэдээллийг боловсруулах арга, ажиллах зарчим, ашиглах зориулалтаараа хоорондоо ялгаатай.
Энгийн компьютер нь мэдээллийг бит (Bit) хэмээх нэгжээр боловсруулдаг. Бит нь 0 эсвэл 1 гэсэн хоёр төлөвийн аль нэгийг авдаг бөгөөд компьютер эдгээр төлөвт тулгуурлан тооцоолол хийдэг. Бидний өдөр тутам ашигладаг гар утас, зөөврийн компьютер, сервер зэрэг төхөөрөмжүүд энэ зарчмаар ажилладаг.
Харин квант компьютер нь кубит (Qubit) хэмээх мэдээллийн нэгжийг ашигладаг. Кубит нь квант механикийн суперпозици хэмээх шинж чанарын ачаар 0 болон 1 төлөвийн квант хослолд орших боломжтой. Мөн квант орооцолдол, интерференц зэрэг үзэгдлийг ашиглан тодорхой төрлийн тооцооллыг өөр аргаар гүйцэтгэдэг.
Энгийн компьютер нь интернэт ашиглах, видео үзэх, тоглоом тоглох, баримт бичиг боловсруулах зэрэг өдөр тутмын хэрэглээнд тохиромжтой. Харин квант компьютер нь молекулын бүтцийг судлах, химийн урвалыг загварчлах, тодорхой математик бодлогуудыг шийдвэрлэх зэрэг нарийн төвөгтэй тооцоололд давуу тал үзүүлэх боломжтой.
Гэхдээ квант компьютер нь энгийн компьютерээс бүх төрлийн тооцоололд илүү хурдан гэсэн үг биш юм. Одоогоор квант компьютерийн технологи судалгаа, хөгжүүлэлтийн шатанд байгаа бөгөөд тогтвортой ажиллагаа, алдаа засварлалт, өндөр өртөг зэрэг олон сорилттой тулгарч байна.
Өөрөөр хэлбэл, квант компьютер нь энгийн компьютерийг бүрэн орлох бус, харин уламжлалт компьютерээр шийдвэрлэхэд хүндрэлтэй зарим асуудлыг илүү үр ашигтай шийдвэрлэх боломжийг бий болгож буй шинэ технологи юм.
4. Квант компьютерийг хаана ашиглаж болох вэ?
Анагаах ухаан, эмийн судалгаа - Квант тооцоолол нь молекулуудын харилцан үйлчлэлийг илүү нарийвчлалтай загварчлах боломж нээж, шинэ эмийн бодис судлах үйл явцад ирээдүйд тусалж магадгүй.
Материал судлал, эрчим хүч - Илүү үр ашигтай батарей, шинэ материал, химийн урвалын катализатор зэрэг технологийг хөгжүүлэх судалгаанд ашиглах боломжтой.
Логистик, оновчлол - Тээврийн маршрут, үйлдвэрлэлийн төлөвлөлт, нөөцийн хуваарилалт зэрэг нарийн төвөгтэй асуудалд квант алгоритмуудын боломжийг судалж байна. Гэхдээ ердийн аргуудаас тогтмол илүү гэдэг нь хараахан батлагдаагүй.
Кибер аюулгүй байдал - Квант компьютерийн хөгжил нь өнөөдөр ашиглагдаж буй зарим шифрлэлтийн алгоритмын аюулгүй байдалд нөлөөлөх учраас шинэ төрлийн хамгаалалтын аргуудыг хөгжүүлэх шаардлага бий болгож байна.
Квант компьютерийн хөгжил нь технологийн салбарт шинэ боломжуудыг бий болгохын зэрэгцээ кибер аюулгүй байдалд томоохон сорилт учруулж болзошгүй юм. Өнөөдөр бид интернетээр мэдээлэл дамжуулах, онлайн банк ашиглах, цахим гарын үсэг зурах зэрэг үйлдэлдээ криптографийн алгоритмуудыг ашигладаг. Тухайлбал, RSA болон ECC зэрэг алгоритмууд нь энгийн компьютерээр шийдвэрлэхэд хүндрэлтэй математик бодлогод тулгуурлан мэдээллийг хамгаалдаг.
Харин ирээдүйд хангалттай хүчин чадалтай квант компьютер бүтээгдсэн тохиолдолд Shor's Algorithm хэмээх алгоритмыг ашиглан эдгээр хамгаалалтын үндэс болсон математик бодлогуудыг илүү үр ашигтай шийдвэрлэх боломжтой. Энэ нь одоогийн зарим криптографийн системийн аюулгүй байдалд эрсдэл учруулж болзошгүй. Гэхдээ өнөөгийн квант компьютерууд ийм хэмжээний хамгаалалтыг эвдэх чадварт хараахан хүрээгүй байна.
Үүнтэй холбоотой нэгэн чухал ойлголт бол Harvest Now, Decrypt Later (HNDL) буюу өнөөдөр шифрлэгдсэн мэдээллийг цуглуулж, ирээдүйд тайлах арга юм. Халдагчид өнөөдөр хамгаалагдсан мэдээллийг хадгалж, ирээдүйд хүчирхэг квант компьютер бий болсон үед тайлахыг оролдож болзошгүй. Иймээс байгууллагууд мэдээллийн аюулгүй байдлаа урт хугацаанд хангахын тулд квант технологийн хөгжилд өнөөдрөөс бэлтгэх шаардлагатай.
Квант компьютерийн болзошгүй аюулаас мэдээллийг хамгаалах зорилгоор Post-Quantum Cryptography (PQC) буюу квантын дараах криптографийг хөгжүүлж байна. Энэ нь ирээдүйн хүчирхэг квант компьютерийн халдлагад тэсвэртэй байхаар зохион бүтээгдсэн криптографийн алгоритмуудыг хэлнэ.
PQC-ийн гол онцлог нь квант компьютер шаардахгүй бөгөөд өнөөдрийн энгийн компьютер, сервер болон сүлжээний төхөөрөмжүүд дээр ашиглах боломжтой байдаг. Ингэснээр байгууллагууд одоо ашиглаж буй системийнхээ хамгаалалтыг үе шаттай шинэчлэх боломжтой.
АНУ-ын Үндэсний Стандарт, Технологийн Хүрээлэн (NIST) 2024 онд квантын дараах криптографийн эхний гурван стандарт болох ML-KEM, ML-DSA болон SLH-DSA-г баталсан. Эдгээр нь мэдээлэл хамгаалах түлхүүр тохиролцох, цахим гарын үсэг үүсгэх, баталгаажуулах зориулалттай бөгөөд ирээдүйн квант халдлагын эрсдэлийг бууруулахад чухал ач холбогдолтой юм.
Квант компьютер нь асар их боломжтой боловч түүнийг бүтээх, тогтвортой ажиллуулахад техникийн олон хүндрэл тулгардаг. Хамгийн том асуудлуудын нэг нь кубитийн тогтворгүй байдал юм. Кубит нь температурын өөрчлөлт, цахилгаан соронзон орчны нөлөө зэрэг гаднын хүчин зүйлсэд мэдрэмтгий байдаг тул тооцооллын явцад алдаа үүсэх эрсдэлтэй.
Мөн зарим төрлийн квант процессор маш бага температурт ажиллах шаардлагатай байдаг учраас өндөр өртөгтэй хөргөлтийн систем, тусгай тоног төхөөрөмж ашигладаг. Үүнээс гадна квант тооцооллын алдааг засварлах, олон кубитийг тогтвортой удирдах нь судалгааны томоохон сорилт хэвээр байна.
Иймээс квант компьютерийг өргөн хэрэглээнд нэвтрүүлэхийн тулд техник хангамжийн найдвартай байдал, алдаа засварлалт болон үйлдвэрлэлийн өртөг зэрэг асуудлыг шийдвэрлэх шаардлагатай юм.
Квант компьютер нь ирээдүйд энгийн компьютерийг бүрэн орлох бус, харин тодорхой төрлийн нарийн төвөгтэй тооцооллыг гүйцэтгэхэд нэмэлт технологи болгон ашиглагдах төлөвтэй байна. Учир нь энгийн компьютер болон квант компьютер нь мэдээлэл боловсруулах зарчим, зориулалтаараа ялгаатай.
Жишээлбэл, интернет ашиглах, видео үзэх, тоглоом тоглох, баримт бичиг боловсруулах зэрэг өдөр тутмын үйлдлүүдэд энгийн компьютер тохиромжтой хэвээр байна. Харин квант компьютер нь молекулын бүтцийг судлах, химийн урвалыг загварчлах, тодорхой математик бодлогуудыг шийдвэрлэх зэрэг тусгай тооцоололд давуу тал үзүүлэх боломжтой.
Өөрөөр хэлбэл, квант компьютерийн гол давуу тал нь бүх үйлдлийг илүү хурдан гүйцэтгэхдээ бус, уламжлалт компьютерээр шийдвэрлэхэд хүндрэлтэй зарим асуудлыг өөр аргаар боловсруулах боломж олгодогт оршино.
Квант тооцоолол нь орчин үеийн шинжлэх ухаан, мэдээллийн технологийн хамгийн ирээдүйтэй чиглэлүүдийн нэг юм. Энгийн компьютер мэдээллийг битээр боловсруулдаг бол квант компьютер нь кубит, суперпозици, квант орооцолдол зэрэг квант механикийн шинж чанаруудыг ашигладаг. Энэхүү технологи нь анагаах ухаан, материал судлал, шинжлэх ухааны тооцоолол зэрэг салбарт шинэ боломж нээж болох юм.
Үүний зэрэгцээ квант компьютерийн хөгжил нь өнөөгийн криптографийн зарим алгоритмын аюулгүй байдалд эрсдэл учруулж болзошгүй тул квантын дараах криптографи зэрэг шинэ хамгаалалтын аргуудыг хөгжүүлэх шаардлагатай болж байна. Хэдийгээр квант компьютер одоогоор техникийн олон хязгаарлалттай байгаа ч түүний боломж, эрсдэлийг ойлгож, ирээдүйн өөрчлөлтөд бэлтгэх нь чухал юм.