By Kenna Hughes-Castleberry postitatud 21. oktoobril 2022
Oma ettearvamatute keskkondade ja mitmetahuliste reaalajas arvutustega on sõjavägi tööstusharu, mis soovib kvantarvutite eeliseid edukate ettevõtmiste jaoks ära kasutada; kuid see ei pruugi olla seda tüüpi kvantarvutus, mida paljud ootavad. "Ma arvan, et kvantarvutuses on palju inimesi, peamiselt füüsikud, kes arvavad, et nad juba teavad, milline kvantarvuti peaks olema, ja nad arvavad, et see peaks olema täpselt üks viis," selgitas. Richard Murray, Ühendkuningriigis asuva kvantarvutite ettevõtte tegevjuht ORCA andmetöötlus. "Tõde on see, et see on uskumatult põnev uus tehnoloogia, mida rakendatakse mitmel erineval kujul. Vaadates arvutussüsteemi, mis võib hõlmata kõike alates FPGA Omamoodi superarvutiteks on need siiski mõlemad erinevatest elementidest koosnevad arvutid. Ma arvan, et kvantarvutus on sama. Oma väite peaaegu tõestamiseks müüsid Murray ja tema meeskond ettevõttes ORCA Computing hiljuti a PT-1 mudel kvantarvuti Ühendkuningriiki Kaitseministeerium. See mudel on esimest tüüpi kvantarvuti, mis on toatemperatuuril ja on mõeldud kohapealseks andmetöötluseks, võimaldades tehnoloogial olla tugevam ja mitmekülgsem. USA-s., IonQ allkirjastatud a $ 13.4 miljonit sõlmida leping USA õhujõudude uurimislaboriga (USAFRL), et pakkuda teadus- ja arendustegevuseks kvantarvutite riist- ja tarkvara. Samamoodi LiivakastAQ teeb tihedat koostööd USA sõjaväega, et aidata kasutusele võtta kvanttehnoloogiat paljudes erinevates valdkondades. Arvestades ettearvamatut keskkonda, millega sõjaväelased kokku puutuvad, võib paremini kasutuselevõetava kvantarvuti kasutamine muuta paljusid projekte sujuvamaks.
Tavalist kvantarvuti seadistust on selle kuju tõttu kirjeldatud kui "katedraali". Koos võimendis, kubitimassiivid, isolaatorid ja paljud muud tüüpi kambrid masine on üsna suur ja mahukas ning tõenäoliselt suureneb see alles siis, kui ettevõtted töötavad selle nimel, et oma seadmetes kubitide arvu suurendada. See raskendab seda tüüpi kvantarvutite kohapealset kasutuselevõttu, mistõttu Murray soovitab, et spetsiaalselt sõjaväe jaoks tuleb luua teist tüüpi kvantarvuti. "Kaitses on teil arvutustehnika jaoks palju rakendusi, mis ei ole tavalised andmetöötlused, need ei ole omamoodi kontrollitud keskkondades, " ütles Murray. "Ja seal on väga head põhjused, miks mitte. Neil võib olla vaja toime tulla paljude erinevate parameetritega, et toimida või arvutada uskumatult ebasoodsas keskkonnas. Näiteks võib see osutuda vajalikuks töötada uskumatult radioaktiivses keskkonnas. Need on keskkonnatüübid, kus teist tüüpi andmetöötlusplatvorm võib osutuda tohutuks, mis võib olla kaugel sellest suure jõudlusega andmetöötluse maailmast, mida kõik ette kujutavad. Need piirangud on põhjus, miks Murray aitas luua PT-1 mudel, mis, nagu ta ütleb, võib istuda "Land Roveri tagaosas". Kasutades fotoonilised kubiididPT-1 väldib vajadust külmade temperatuuride järele ja on üles ehitatud mobiilsemale süsteemile. Kuna kaitseministeerium kasutab PT-1, töötavad nad kahtlemata välja kohandatud programmid seadme töötamiseks.
Suured sõjalised rakendused
Lisaks vajadusele enama järele kasutuselevõetav seadmete puhul on sõjaväel ka teisi olulisi kvanttehnoloogia valdkondi, mis võivad midagi muuta. Krüptimisest kuni kavalus et uus sõiduk disainilahenduste osas tunduvad kvantarvutamise võimalused lõputud. Kuigi kasutusjuhtumeid alles uuritakse ja arendatakse, kasutatakse praeguseid kvantarvuteid optimeerimisprobleemide lahendamiseks või on seotud masinõppega. „ORCA-s kulutab meeskond suure osa ajast masinõppe abil generatiivsetele mudelitele,“ ütles Murray. Samuti postuleerib ta, et riistvara edenedes, et saada täielik veaparandus, avaneb rohkem kasutusjuhtumeid. Üks tulevane kasutusjuht, mille Murray pakub, on toatemperatuuril ülijuhtide loomine. "Võite mõelda, kuidas saab toatemperatuuril ülijuht sõjaväe jaoks oluliseks?" Ta ütles. "Noh, energia salvestamine, kui teil on vaja salvestada suuri energiakoguseid, võite seda teha toatemperatuuril oleva ülijuhiga."
Üks ilmne rakendus on krüptograafia. "Kvantarvutid suudavad krüptimist katkestada," selgitas Jen Sovada, SandboxAQ avaliku sektori president. "Paljud vastased tegutsevad praegu, dekrüpteerivad hilisemaid rünnakuid. Krüpteeritud andmete varastamine, mille ainus eesmärk on need dekrüpteerida, kui kvantarvuti on saadaval. See muudab kättesaadavaks tundlikud andmed, nagu relvasüsteemi andmed, materjalide koostis, personali identiteedid ja muu teave, mida sõjaväelased soovivad kaitsta. Kuna kvantarvutid on võimelised genereerima juhuslikke arve või faktoralgarumbreid, on mõlemad olulised krüpteerimist protsessi, võib see ohustada kogu krüptimise toimimist. Seda on juba uuritud blockchain ja cryptocurrencies. Nende krüptimiste katkestamine võib kaasa tuua suuri tagajärgi, eriti võimulolijatele. "Niipea, kui kellelgi on üks või kaks neist arvutitest, pääseb ta juurde teie krüptitud andmetele," selgitas Murray. "See oht võib kehtida andmetele, mida täna edastatakse. Ehkki andmete sissemurdmise ja dekrüpteerimise võimalus ilmneb alles 10 aasta pärast, saate nende andmete juurde tagasi pöörduda 10 aasta pärast, kui kvantarvuti muutub kättesaadavaks. Ühtäkki saate avada need asjad, mida 10 aastat tagasi soovisid inimesed meeleheitlikult saladuses hoida. Seega, kui te ei taha, et need asjad 10 aasta pärast saadaval oleks, peaksite mõtlema täna kasutatavatele turvaprotokollidele. Kuna kõik sõjaväelased tegelevad tundliku ja konfidentsiaalse teabega, on tugevad krüpteerimisprotsessid võtmetähtsusega. Sest ainult käputäis neist kvantmasinatest jõuavad sellesse esialgsesse esimesse etappi, ebavõrdsusse ja haavatavus privaatsuses tekitavad võimude juhtide vahel võidujooksu selle üle, kellel on sellele tehnoloogiale juurdepääs.
Irooniline, et kvantarvutid võivad olla ka lahendus krüpteerimisprobleemile. Nagu Sovada lisas: "Positiivne on see, et Quantum arvutid suudavad keerukate probleemide lahendamiseks arvutusvõimsust suurendada. Sõjaväes on tohutul hulgal andmeid, mida tuleb hinnata, et saada ülevaade tarneahela vajadustest, logistikast (materjalide liikumine), prognoositavast hooldusest jne.
Muud rakendused ei ole nii kohutavad, kuid on sama olulised. Vastavalt a 2021. aasta paber, sõjaväelased saavad kasutada kvantgravimeetreid seismoloogias, geofüüsikas, maa-aluses skaneerimises ja isegi arheoloogias või naftatuvastuses. Kuna ressursse, eriti naftat, jääb üha vähemaks, võivad need kvantseadmed mängida mõnes sõjalises rakenduses kesksemat rolli.
Asjaolu, et sõjavägi uurib kvanttehnoloogiat, on kvanttööstusele kasulik. Murray sõnul: "Paljud Ühendkuningriigi ja Ühendkuningriigi sõjaväeharud USA neil on käivitussõbralikud käed. Ja paljud valitsused ja kaitseagentuurid teevad palju pingutusi, et selle startup kogukonnaga ühendust luua. See vähendab paljusid takistusi, mida kvantettevõtted peaksid sõjaväega töötamiseks ületama. Siiski tuleb arvestada ka muude asjadega. "Nad on valitsuse rahastatud asutused," selgitas Murray, "nii et neil kulub asjade ümberpööramiseks rohkem aega. Kuid sellest on kasu, sest neil on väga pikaajaline eelarve, mistõttu nad ei pruugi otsida, mida nad järgmises kvartalis teha saaksid, nagu mõni ettevõte võiks teha. See võib muuta lihtsamaks kvantarvutusettevõtete jaoks, kes otsivad varakult sõjalist partnerlust.
Teised selle valdkonna eksperdid usuvad, et võrreldes teiste riikidega võiks USA sõjavägi teha rohkem, et investeerida erapartnerlustesse kvantettevõtetega. "Kaitseministeeriumil on USA-s kvanttehnoloogiate alase uurimistöö toetamisel pikk ajalugu alates selle algusaegadest, kuna see mõjutab turvalise side, asukoha / navigeerimise / ajastuse ja arvutuslikke eeliseid," selgitas IonQ kaasasutaja ja juht. Tehnoloogiaametnik Jungsang Kim. "Kuigi Hiinal ja paljudel Euroopa riikidel on juba väljakujunenud riiklikult rahastatavad kvantalgatused, hakkab USA valitsus tunnistama avaliku ja erasektori partnerluse võimalust tänu oma tugevusele kvanttööstuses. IonQ-l olev tipptasemel kvantarvutustehnoloogia võimaldab DoD-l lahendada paljusid keerulisi arvutusprobleeme, millega nad silmitsi seisavad. Era- ja avaliku sektori partnerlused tugevdavad kodumaist kvantarvutitööstust ja avavad USA kaitsetehnoloogiate kasutuselevõtu ettenägematu efektiivsuse. AFRL on üks selline varajane kasutuselevõtja ja me eeldame, et tööstus suudab pakkuda mõjukaid lahendusi teistele kaitseministeeriumi valdkondadele, mis nõuavad jätkuvaid investeeringuid tulevikku. Tänu sellistele õigusaktidele nagu KIPSIDE seadus, on USA sõjavägi hakanud mõistma, kuidas erakvantettevõtted võivad oma projektidest kasu saada teostatava aja jooksul.
Nagu paljud kvanttööstuse eksperdid, on ka Murrayl üks silm selle ajakava suhtes, millal need seadmed võivad olla paremini juurdepääsetavad. "Usun, et järgmise kahe aasta jooksul näeme kvantirakendusi kasulike ja väga niširakenduste jaoks, mis hõlmavad kaitse- ja sõjaväeringkondades rakendusi," ütles Murray. "Nüüd on see väga vastuoluline arvamus. Ma arvan, et lähiaastatel näeme läbimurret, mis minu arvates toimub hübriidruumis. Vaid umbes seitsme aasta pärast usub Murray, et hübriidarvutitelt üleminek täiskvantarvutitele toimub, kuna tehnoloogia arendamiseks on vaja aega. Ja kui see ümberlülitus juhtub, oletab ta, et sõjaväelased hakkavad kasutama väiksema stiiliga kvantarvuteid. "On tõesti huvitav vajadus arvutisüsteemide järele, mis töötavad mobiilsetel platvormidel väljaspool laborit ja nendest katedraali suurustest struktuuridest eemal," lisas ta. "Nii et kõik, mis võtab klassikalise andmetöötluse eelise, kehtib ka kvantarvutuse kohta." Teised eksperdid näevad, et tehnoloogia on juba kasutusele võetud. "See tehnoloogia on täna siin," ütles Sovada. "Sõjavägi võiks kasutada kvanttehnoloogiat ja integreerida see kohe oma süsteemidesse ning peab teadma, et kvantarvutite kättesaadavus erineb kvanttehnoloogia muude aspektide kättesaadavusest."
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technology ja JILA teaduskommunikaatori (Colorado Boulderi ülikooli ja NIST-i vaheline partnerlus) kirjanik. Tema kirjutamissageduste hulka kuuluvad süvatehnoloogia, metaversum ja kvanttehnoloogia.
