By Kenna Hughes-Castleberry offentliggjort 21. oktober 2022
Med sine uforudsigelige miljøer og mangefacetterede realtidsberegninger er militæret en industri, der søger at udnytte fordelene ved kvantecomputere til succesfulde bestræbelser; men det er måske ikke den type kvanteberegning, mange forventer. "I kvantecomputere tror jeg, at du har mange mennesker, for det meste fysikere, som tror, at de allerede ved, hvad en kvantecomputer skal være, og de tror, at det burde være præcis én måde," forklarede Richard Murray, administrerende direktør for den britiske kvantecomputervirksomhed ORCA Computing. "Sandheden er, at det er en utrolig spændende ny teknologi, som vil blive anvendt i mange forskellige former. Ser på et computersystem, som måske omfatter alt fra FPGA til en slags supercomputer, er det stadig begge slags computere med forskellige elementer. Jeg tror, at kvanteberegning vil være det samme." For næsten at bevise sin pointe solgte Murray og hans team hos ORCA Computing for nylig en PT-1 model kvantecomputer til Storbritannien Forsvarsministeriet. Denne model er den første type kvantecomputer, der er stuetemperatur og designet til on-site computing, hvilket gør det muligt for teknologien at være mere robust og alsidig. I USA, IonQ underskrevet a $ 13.4 millioner kontrakt med US Air Force Research Lab (USAFRL) om at levere quantum computing hardware og software til F&U. Tilsvarende SandboxAQ arbejder tæt sammen med det amerikanske militær for at hjælpe med at implementere kvanteteknologi på mange forskellige områder. Med de uforudsigelige miljøer, som militæret møder, kunne det at have en mere deployerbar kvantecomputer strømline mange projekter.
Den sædvanlige opsætning for en kvantecomputer er blevet beskrevet som en "katedral" på grund af dens form. Med forstærkers, qubit-arrays, isolatorer og mange andre typer kamre, den maskine er ret stor og omfangsrig, og vil højst sandsynligt kun blive større, efterhånden som virksomheder arbejder på at opskalere antallet af qubits i deres enheder. Dette gør det svært for disse typer kvantecomputere at blive indsat på stedet, hvorfor Murray foreslår, at der skal skabes en anden type kvantecomputer specifikt til militæret. "I forsvaret har du en masse applikationer til computing, som ikke er som standard computing, de er ikke i en slags kontrollerede miljøer," sagde Murray. »Og der er rigtig gode grunde til, hvorfor ikke. De skal muligvis klare mange forskellige parametre for at fungere eller beregne i et utroligt ugunstigt miljø. Det kan for eksempel være nødvendigt at arbejde i et utroligt radioaktivt miljø. Det er den type miljøer, hvor en anden type computerplatform kan vise sig at være enorm, hvilket kan være en verden væk fra denne verden af højtydende computere, som alle forestiller sig." Disse begrænsninger er grunden til, at Murray hjalp med at skabe PT-1 model, der, som han udtrykker det, kan sidde "bag på en Land Rover." Ved brug af fotoniske qubitsPT-1 undgår behovet for kolde temperaturer og er bygget på et mere mobilt system. Da Forsvarsministeriet bruger PT-1, vil de uden tvivl udvikle tilpassede programmer, som enheden kan køre.
De store militære applikationer
Ud over behovet for mere kan implementeres enheder, har militæret andre væsentlige områder inden for kvanteteknologi, der kan gøre en forskel. Fra kryptering til stealth til nyt køretøj designs, synes mulighederne for kvanteberegning uendelige. Mens use cases stadig forskes og udvikles, bliver nuværende kvantecomputere brugt til optimeringsproblemer eller parret med maskinlæring. "Hos ORCA bruger teamet meget af vores tid på generative modeller ved hjælp af maskinlæring," sagde Murray. Han postulerer også, at flere use cases vil åbne sig, efterhånden som hardwaren udvikler sig til at blive fuldstændig fejlkorrigeret. En fremtidig use case Murray giver er at skabe superledere ved stuetemperatur. "Du tænker måske, hvordan bliver superlederen ved stuetemperaturen vigtig for militæret?" Han sagde. "Nå, energilagring, hvis du skal opbevare store mængder energi, kan du måske gøre det med en superleder ved stuetemperatur."
En oplagt anvendelse er kryptografi. "Kvantecomputere vil være i stand til at bryde kryptering," forklarede Jen Sovada, formand for den offentlige sektor hos SandboxAQ. "Mange modstandere udfører store nu, dekrypterer senere angreb. At stjæle data, der er krypteret med det ene formål at dekryptere dem, når en kvantecomputer er tilgængelig. Dette vil gøre følsomme data tilgængelige såsom våbensystemdata, sammensætning af materialer, personelidentiteter og andre oplysninger, som militæret ønsker at holde beskyttet." Da kvantecomputere er i stand til at generere tilfældige tal eller faktorprimtal, begge afgørende for kryptering proces, kan dette true hele den måde, kryptering fungerer på. Dette er allerede undersøgt med blockchain , cryptocurrencies. At bryde disse krypteringer kan have store konsekvenser, især for magthaverne. "Så snart nogen har en eller to af disse computere, er de i stand til at få adgang til dine krypterede data," forklarede Murray. »Den trussel kan gælde for data, der overføres i dag. Så selvom potentialet for at bryde ind og dekryptere data kun dukker op 10 år ud i fremtiden, kan du så gå tilbage til disse data om 10 år, når en kvantecomputer bliver tilgængelig. Lige pludselig kan du låse op for de ting, som folk for 10 år siden var desperate efter at holde hemmelige. Så den nuværende tankegang er, at hvis du ikke ønsker, at disse ting skal være tilgængelige om 10 år, bør du begynde at tænke på de sikkerhedsprotokoller, der bruges i dag." Da alle militærer beskæftiger sig med følsomme og fortrolige oplysninger, er det vigtigt at have stærke krypteringsprocesser. Fordi kun en håndfuld af disse kvantemaskiner kommer til det første første stadie, vil uligheden og sårbarhed i privatlivet skaber lidt af et kapløb mellem myndighedsledere om, hvem der har adgang til denne teknologi.
Ironisk nok kan kvantecomputere også være en løsning på krypteringsproblemet. Som Sovada tilføjede, "På den positive side vil Quantum-computere være i stand til at øge computerkraften til at løse komplekse problemer. Militæret har enorme mængder data, der skal evalueres for at give indsigt i forsyningskædebehov, logistik (flytning af materialer), forudsigelig vedligeholdelse osv.
Andre applikationer er ikke så alvorlige, men er lige så vigtige. Ifølge en 2021 papir, kvantegravimetre kan bruges af militæret til at hjælpe med seismologi, geofysik, underjordisk scanning og endda i arkæologi eller oliedetektion. Efterhånden som ressourcer, især olie, bliver knappere og knappere, kan disse kvanteenheder spille en mere central rolle i nogle militære applikationer.
Det faktum, at militæret kigger på kvanteteknologi, er en fordel for kvanteindustrien. Ifølge Murray, "Mange af de militære afdelinger i Storbritannien og USA have opstartsvenlige arme. Og mange regeringer og forsvarsagenturer lægger en masse kræfter i forbindelse med dette startup-fællesskab." Dette minimerer mange af de barrierer, som kvantevirksomheder skal overvinde for at arbejde med militæret. Der er dog andre ting at overveje. "De er regeringsfinansierede agenturer," forklarede Murray, "så de tager længere tid at vende tingene om. Men der er en fordel, fordi de har meget langsigtede budgetter, så de leder ikke nødvendigvis efter, hvad de kan gøre i det næste kvartal, som en virksomhed kan.” Dette kan gøre det lettere for kvantecomputervirksomheder, der tidligt leder efter militære partnerskaber.
Andre eksperter inden for denne industri mener, at sammenlignet med andre lande kunne det amerikanske militær gøre mere for at investere i private partnerskaber med kvantevirksomheder. "Forsvarsministeriet har en lang historie med at støtte forskning i kvanteteknologier i USA fra dets tidlige dage på grund af dets indvirkning på sikker kommunikation, position/navigation/timing og beregningsmæssige fordele," forklarede IonQ medstifter og chef. Teknologimedarbejder Jungsang Kim. "Mens Kina og mange europæiske lande allerede har veletablerede offentligt finansierede kvanteinitiativer, begynder den amerikanske regering at anerkende muligheden for offentlig-privat partnerskab på grund af sin styrke i kvanteindustrien. Den banebrydende kvantecomputerteknologi, som IonQ besidder, kan sætte DoD i stand til at tackle mange udfordrende beregningsproblemer, de står over for. Privat-offentlige partnerskaber vil styrke den indenlandske kvantecomputerindustri og låse op for uforudsete effektivitetsgevinster for udbredelsen af amerikanske forsvarsteknologier. AFRL er en sådan tidlig adopter, og vi forventer, at industrien vil være i stand til at levere effektive løsninger til andre områder af DoD, som garanterer fortsatte investeringer i fremtiden." Takket være lovgivning som CHIPS lov, begynder det amerikanske militær at forstå, hvordan private kvantevirksomheder kan være i stand til at drage fordel af deres projekter inden for en gennemførlig tidslinje.
Ligesom mange eksperter i kvanteindustrien har Murray også et øje på tidsskalaen for, hvornår disse enheder kan være mere tilgængelige. "Jeg tror på, at vi i de næste to år vil se kvantum blive anvendt til nyttige, meget nicheapplikationer, som vil omfatte dem i forsvars- og militærkredse," sagde Murray. "Nu er det en meget kontroversiel tro. Jeg tror, at vi i de næste par år vil se et gennembrud, som jeg tilfældigvis tror vil være i hybridområdet." Først omkring syv år fra nu tror Murray, at skiftet fra hybridcomputere til fuldt kvantecomputere vil ske, da der er brug for tid til at udvikle teknologien. Og når det skifte sker, postulerer han, at mindre kvantecomputere vil blive brugt af militæret. "Der er et virkelig interessant behov for computersystemer, der fungerer på mobile platforme uden for laboratoriet og væk fra disse katedralstore strukturer," tilføjede han. "Så alt, der tager et forspring på klassisk computing, gælder også for kvantecomputere." Andre eksperter ser teknologien som allerede ved at blive implementeret. "Denne teknologi er her i dag," sagde Sovada. "Militæret kunne bruge kvanteteknologi og få det integreret i deres systemer med det samme og har brug for at vide, at tilgængeligheden af kvantecomputere er forskellig fra tilgængeligheden af andre aspekter af kvanteteknologi."
Kenna Hughes-Castleberry er medarbejderskribent hos Inside Quantum Technology og Science Communicator på JILA (et partnerskab mellem University of Colorado Boulder og NIST). Hendes skrivebeats inkluderer deep tech, metaverset og kvanteteknologi.
