Inside Scoop de Inside Quantum Technology: la computación cuántica y las fuerzas armadas

Con sus entornos impredecibles y cálculos multifacéticos en tiempo real, el ejército es una industria que busca aprovechar los beneficios de la computación cuántica para proyectos exitosos; pero puede que no sea el tipo de computación cuántica que muchos esperan. "En la computación cuántica, creo que hay muchas personas, en su mayoría físicos, que creen que ya saben cómo debería ser una computadora cuántica y creen que debería ser exactamente de una forma", explicó. ricardo murray, CEO de la empresa de computación cuántica con sede en el Reino Unido Computación ORCA. “La verdad es que es una nueva tecnología increíblemente emocionante que se aplicará de muchas formas diferentes. En cuanto a un sistema informático, que podría incluir todo, desde FPGA a una especie de supercomputadora, siguen siendo ambos tipos de computadoras de varios elementos diferentes. Creo que la computación cuántica será igual”. Para casi probar su punto, Murray y su equipo en ORCA Computing vendieron recientemente un modelo PT-1 computadora cuántica al Reino Unido Ministerio de Defensa. Este modelo es el primer tipo de computadora cuántica a temperatura ambiente y diseñada para computación in situ, lo que permite que la tecnología sea más robusta y versátil. En los EE.UU, IonQ firmado un 13.4 millones de dólares contrato con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. (USAFRL) para proporcionar hardware y software de computación cuántica para I+D. Similarmente, Caja de arenaAQ está trabajando en estrecha colaboración con el ejército de los EE. UU. para ayudar a implementar la tecnología cuántica en muchas áreas diferentes. Con los entornos impredecibles a los que se enfrentan los militares, tener una computadora cuántica más desplegable podría optimizar muchos proyectos.

La configuración habitual de una computadora cuántica se ha descrito como una "catedral", debido a su forma. Con amplificadors, conjuntos de qubits, aisladores y muchos otros tipos de cámaras, el machine es bastante grande y voluminoso, y lo más probable es que crezca a medida que las empresas trabajen para aumentar la cantidad de qubits en sus dispositivos. Esto dificulta que este tipo de computadoras cuánticas se implementen en el sitio, por lo que Murray sugiere que será necesario crear un tipo diferente de computadora cuántica específicamente para el ejército. “En defensa, hay muchas aplicaciones informáticas, que no son como la informática estándar, no están en una especie de entornos controlados”, afirmó Murray. “Y hay muy buenas razones por las que no. Es posible que tengan que hacer frente a muchos parámetros diferentes para funcionar o calcular en un entorno increíblemente adverso. Por ejemplo, es posible que deba funcionar en un entorno increíblemente radiactivo. Esos son los tipos de entornos en los que un tipo diferente de plataforma informática podría resultar tremendo, lo que podría estar a un mundo de distancia de este mundo de la informática de alto rendimiento que todos imaginan”. Estas limitaciones son la razón por la que Murray ayudó a crear el modelo PT-1, que, como él dice, puede sentarse "en la parte trasera de un Land Rover". Usando qubits fotónicos, el PT-1 evita la necesidad de temperaturas frías y se basa en un sistema más móvil. Como el Ministerio de Defensa utiliza el PT-1, sin duda desarrollarán programas personalizados para que funcione el dispositivo.

Las grandes aplicaciones militares

Más allá de la necesidad de más desplegable dispositivos, el ejército tiene otras áreas importantes que la tecnología cuántica que podría marcar la diferencia. Del cifrado a sigilo a vehículo nuevo diseños, las oportunidades para la computación cuántica parecen infinitas. Si bien los casos de uso aún se están investigando y desarrollando, las computadoras cuánticas actuales se utilizan para problemas de optimización o se combinan con el aprendizaje automático. “En ORCA, el equipo dedica gran parte de nuestro tiempo a modelos generativos que utilizan el aprendizaje automático”, dijo Murray. También postula que se abrirán más casos de uso a medida que el hardware avance para corregir completamente los errores. Un caso de uso futuro que da Murray es la creación de superconductores a temperatura ambiente. “Podría pensar, bueno, ¿cómo va a ser importante el superconductor a temperatura ambiente para el ejército?” Él dijo. "Bueno, almacenamiento de energía, si necesita almacenar grandes cantidades de energía, puede hacerlo con un superconductor a temperatura ambiente".

Una aplicación obvia es criptografía. “Las computadoras cuánticas podrán romper el cifrado”, explicó Jen Sovada, Presidente del Sector Público de SandboxAQ. “Muchos adversarios están realizando almacenamiento ahora, descifrando ataques posteriores. Robar datos que están encriptados con el único propósito de descifrarlos una vez que una computadora cuántica esté disponible. Esto hará que los datos confidenciales sean accesibles, como los datos del sistema de armas, la composición de los materiales, las identidades del personal y otra información que las Fuerzas Armadas quieren mantener protegidas”. Dado que las computadoras cuánticas pueden generar números aleatorios o factorizar números primos, ambos cruciales para la cifrado proceso, esto podría amenazar la forma en que funciona el cifrado. Esto ya ha sido estudiado con blockchain y criptomonedas. Romper estos cifrados puede tener consecuencias importantes, especialmente para quienes están en el poder. “Tan pronto como alguien tiene una o dos de estas computadoras, puede acceder a sus datos encriptados”, explicó Murray. “Esa amenaza puede aplicarse a los datos que se transmiten hoy. Entonces, aunque el potencial para ingresar y descifrar datos solo aparece dentro de 10 años en el futuro, luego puede volver a esos datos dentro de 10 años cuando una computadora cuántica esté disponible. De repente, puedes desbloquear esas cosas que, hace 10 años, la gente estaba desesperada por mantener en secreto. Entonces, el pensamiento actual es, si no desea que esas cosas estén disponibles en 10 años, debe comenzar a pensar en los protocolos de seguridad que se usan hoy”. Como todas las fuerzas armadas manejan información delicada y confidencial, contar con procesos de encriptación sólidos es clave. Debido a que solo un puñado de estas máquinas cuánticas llegarán a esa primera etapa inicial, la desigualdad y vulnerabilidad en privacidad están creando una especie de carrera entre los líderes de autoridad sobre quién tiene acceso a esta tecnología.

Irónicamente, las computadoras cuánticas también pueden ser una solución al problema del cifrado. Como agregó Sovada, “en el lado positivo, las computadoras cuánticas podrán aumentar la potencia de cómputo para resolver problemas complejos. Las Fuerzas Armadas tienen cantidades masivas de datos que deben evaluarse para brindar información sobre las necesidades de la cadena de suministro, la logística (movimiento de materiales), el mantenimiento predictivo, etc.

Otras aplicaciones no son tan terribles pero son igual de importantes. De acuerdo a un papel 2021, Los militares pueden utilizar los gravímetros cuánticos para ayudar en sismología, geofísica, exploración subterránea e incluso en arqueología o detección de petróleo. A medida que los recursos, específicamente el petróleo, se vuelven cada vez más escasos, estos dispositivos cuánticos pueden desempeñar un papel más central en algunas aplicaciones militares.

El hecho de que los militares estén investigando la tecnología cuántica es un beneficio para la industria cuántica. Según Murray, “Muchas de las ramas militares en el Reino Unido y el Estados Unidos tener brazos amigables para la puesta en marcha. Y muchos gobiernos y agencias de defensa están haciendo un gran esfuerzo para conectarse con esta comunidad de empresas emergentes”. Esto minimiza muchas de las barreras que las empresas cuánticas tendrían que superar para trabajar con los militares. Sin embargo, hay otras cosas a considerar. “Son agencias financiadas por el gobierno”, explicó Murray, “así que tardan más en cambiar las cosas. Pero hay un beneficio porque tienen presupuestos a muy largo plazo, por lo que no necesariamente están buscando lo que pueden hacer en el próximo trimestre como lo haría una empresa”. Esto puede facilitar las cosas para las empresas de computación cuántica que buscan asociaciones militares desde el principio.

Otros expertos dentro de esta industria creen que, en comparación con otros países, el ejército de EE. UU. podría hacer más para invertir en asociaciones privadas con empresas cuánticas. “El Departamento de Defensa tiene una larga historia de apoyo a la investigación en tecnologías cuánticas en los EE. UU. desde sus primeros días, debido a su impacto en las comunicaciones seguras, posición/navegación/tiempo y ventajas computacionales”, explicó el cofundador y jefe de IonQ. Oficial de tecnología Jungsang Kim. “Si bien China y muchos países europeos ya tienen iniciativas cuánticas financiadas con fondos públicos bien establecidas, el gobierno de EE. UU. está comenzando a reconocer la oportunidad de una asociación público-privada debido a su fortaleza en la industria cuántica. La tecnología de computación cuántica de vanguardia que posee IonQ puede permitir que el Departamento de Defensa aborde muchos problemas computacionales desafiantes que enfrentan. Las asociaciones público-privadas fortalecerán la industria informática cuántica nacional y desbloquearán eficiencias imprevistas para el despliegue de tecnologías de defensa de EE. UU. AFRL es uno de los primeros en adoptar, y anticipamos que la industria podrá brindar soluciones impactantes a otras áreas del Departamento de Defensa que justifiquen una inversión continua en el futuro”. Gracias a leyes como la Ley CHIPS, el ejército de los EE. UU. está comenzando a comprender cómo las empresas cuánticas privadas pueden beneficiar sus proyectos en un cronograma factible.

Al igual que muchos expertos en la industria cuántica, Murray también tiene un ojo puesto en la escala de tiempo en la que estos dispositivos pueden ser más accesibles. “Creo que en los próximos dos años, veremos cómo se aplica la cuántica para aplicaciones útiles y altamente especializadas que incluirán aquellas en los círculos militares y de defensa”, afirmó Murray. “Esa es una creencia muy controvertida. Creo que en los próximos años veremos un gran avance, que creo que será en el espacio híbrido”. Murray cree que solo dentro de siete años se producirá el cambio de computadoras híbridas a computadoras completamente cuánticas, ya que se necesita tiempo para desarrollar la tecnología. Y cuando ocurra ese cambio, postula que los militares utilizarán computadoras cuánticas de estilo más pequeño. “Existe una necesidad realmente interesante de sistemas informáticos que funcionen en plataformas móviles fuera del laboratorio y lejos de estas estructuras del tamaño de una catedral”, agregó. “Entonces, todo lo que tiene una ventaja sobre la computación clásica también se aplica a la computación cuántica”. Otros expertos ven que la tecnología ya se está implementando. “Esta tecnología está aquí hoy”, dijo Sovada. “Los militares podrían estar usando tecnología cuántica e integrarla en sus sistemas de inmediato y necesitan saber que la disponibilidad de las computadoras cuánticas es diferente de la disponibilidad de otros aspectos de la tecnología cuántica”.

Kenna Hughes-Castleberry es redactora de Inside Quantum Technology y comunicadora científica en JILA (una asociación entre la Universidad de Colorado Boulder y el NIST). Sus ritmos de escritura incluyen tecnología profunda, metaverso y tecnología cuántica.