By Kenna Hughes-Castleberry julkaistu 21
Ennalta arvaamattomien ympäristöjen ja monitahoisten reaaliaikaisten laskelmiensa ansiosta armeija on ala, joka haluaa hyödyntää kvanttilaskennan etuja onnistuneisiin yrityksiin. mutta se ei ehkä ole sellaista kvanttilaskentaa, jota monet odottavat. "Kvanttilaskennassa luulen, että monet ihmiset, enimmäkseen fyysikot, luulevat tietävänsä jo, millainen kvanttitietokoneen pitäisi olla, ja heidän mielestään sen pitäisi olla täsmälleen yksi tapa", selitti. Richard Murray, Iso-Britanniassa toimivan kvanttilaskentayrityksen toimitusjohtaja ORCA Computing. ”Totuus on, että kyseessä on uskomattoman jännittävä uusi teknologia, jota tullaan soveltamaan monissa eri muodoissa. Tarkastellaan tietokonejärjestelmää, joka voi sisältää kaiken alkaen FPGA eräänlaiseksi supertietokoneeksi, ne ovat silti molemmat erilaisia tietokoneita erilaisista elementeistä. Luulen, että kvanttilaskenta on sama." Melkein todistaakseen väitteensä Murray ja hänen tiiminsä ORCA Computingissa myivät äskettäin a PT-1 malli kvanttitietokone Yhdistyneeseen kuningaskuntaan puolustusministeriö. Tämä malli on ensimmäinen kvanttitietokonetyyppi, joka on huoneenlämpöinen ja suunniteltu paikan päällä tapahtuvaan tietojenkäsittelyyn, mikä mahdollistaa tekniikan vankeuden ja monipuolisuuden. Yhdysvalloissa, IonQ allekirjoitettu a $ 13.4 euroa sopimus Yhdysvaltain ilmavoimien tutkimuslaboratorion (USAFRL) kanssa kvanttilaskentalaitteiston ja -ohjelmiston toimittamisesta tutkimus- ja kehitystyöhön. Samalla lailla, SandboxAQ tekee tiivistä yhteistyötä Yhdysvaltain armeijan kanssa auttaakseen kvanttiteknologian käyttöönottoa monilla eri aloilla. Armeijan kohtaamissa arvaamattomissa ympäristöissä parempi käyttöönotettavissa oleva kvanttitietokone voisi virtaviivaistaa monia projekteja.
Tavallista kvanttitietokoneen asennusta on kuvattu "katedraaliksi" sen muodon vuoksi. Kanssa vahvistins, qubit-taulukot, isolaattorit ja monet muut kammiot, machine on melko suuri ja tilaa vievä, ja todennäköisesti vain kasvaa, kun yritykset pyrkivät lisäämään kubittien määrää laitteissaan. Tämä vaikeuttaa tämäntyyppisten kvanttitietokoneiden käyttöönottoa paikan päällä, minkä vuoksi Murray ehdottaa, että erityyppinen kvanttitietokone on luotava erityisesti armeijaa varten. "Puolustuksessa sinulla on paljon sovelluksia laskentaan, jotka eivät ole kuin standardilaskennassa, ne eivät ole tavallaan kontrolloiduissa ympäristöissä", Murray totesi. "Ja on erittäin hyviä syitä miksi ei. Niiden on ehkä selviydyttävä monista eri parametreista toimiakseen tai laskeakseen uskomattoman haitallisessa ympäristössä. Sen on ehkä toimittava esimerkiksi uskomattoman radioaktiivisessa ympäristössä. Nämä ovat ympäristötyyppejä, joissa erityyppinen laskenta-alusta saattaa osoittautua valtavaksi, mikä saattaa olla maailma kaukana tästä kaikkien kuvittelemasta korkean suorituskyvyn laskennan maailmasta." Nämä rajoitukset ovat syy siihen, miksi Murray auttoi luomaan PT-1 malli, joka, kuten hän sen sanoo, voi istua "Land Roverin takaosassa". Käyttämällä fotoniset kubititPT-1 välttää kylmien lämpötilojen tarpeen ja on rakennettu liikkuvampaan järjestelmään. Koska puolustusministeriö käyttää PT-1:tä, he varmasti kehittävät räätälöityjä ohjelmia laitteen toimintaa varten.
Suuret sotilaalliset sovellukset
Sen lisäksi, että tarvitaan lisää käyttöönotettavissa Armeijalla on muita merkittäviä alueita, joilla kvanttiteknologia voi vaikuttaa. Salauksesta stealth että uusi ajoneuvo Kvanttilaskennan mahdollisuudet näyttävät loputtomalta. Vaikka käyttötapauksia vielä tutkitaan ja kehitetään, nykyisiä kvanttitietokoneita käytetään optimointiongelmiin tai ne yhdistetään koneoppimiseen. "ORCA:lla tiimi käyttää paljon aikaa generatiivisten mallien parissa koneoppimisen avulla", Murray sanoi. Hän myös olettaa, että lisää käyttötapauksia avautuu laitteiston kehittyessä täysin virheiden korjaamiseksi. Eräs tulevaisuuden käyttötapa, jonka Murray antaa, on huoneenlämpöisten suprajohteiden luominen. "Saatat ajatella, miten huoneenlämpöinen suprajohde tulee olemaan tärkeä armeijalle?" Hän sanoi. "No, energian varastointi, jos joudut varastoimaan suuria määriä energiaa, voit tehdä sen huoneenlämpöisellä suprajohteella."
Yksi ilmeinen sovellus on kryptografia. "Kvanttitietokoneet pystyvät rikkomaan salauksen", selitti Jen Sovada, SandboxAQ:n julkisen sektorin johtaja. "Monet vastustajat tekevät tallentaa nyt, purkaa myöhempiä hyökkäyksiä. Varastaa dataa, joka on salattu, ja sen ainoa tarkoitus on purkaa sen salaus, kun kvanttitietokone on saatavilla. Tämä mahdollistaa arkaluonteisten tietojen, kuten asejärjestelmän tietojen, materiaalien koostumuksen, henkilöstön henkilöllisyyden ja muun tiedon, jonka armeija haluaa pitää suojattuna, saataville. Koska kvanttitietokoneet pystyvät generoimaan satunnaislukuja tai tekijäalkulukuja, molemmat ovat tärkeitä salaus prosessissa, tämä voi uhata koko salauksen toimintaa. Tätä on jo tutkittu blockchain ja cryptocurrencies. Näiden salausten rikkominen voi johtaa vakaviin seurauksiin erityisesti vallassa oleville. "Heti kun jollakulla on yksi tai kaksi näistä tietokoneista, he pääsevät käsiksi salattuihin tietoihisi", Murray selitti. "Tämä uhka voi koskea tietoja, joita siirretään tänään. Joten vaikka mahdollisuus murtautua sisään ja purkaa dataa vasta 10 vuoden kuluttua, voit palata näihin tietoihin 10 vuoden kuluttua, kun kvanttitietokone tulee saataville. Yhtäkkiä voit avata ne asiat, jotka 10 vuotta sitten ihmiset halusivat epätoivoisesti pitää salassa. Joten nykyinen ajattelu on, että jos et halua näiden asioiden olevan saatavilla 10 vuoden kuluttua, sinun pitäisi alkaa miettiä nykyisin käytettyjä suojausprotokollia. Koska kaikki armeijat käsittelevät arkaluonteisia ja luottamuksellisia tietoja, vahvat salausprosessit ovat avainasemassa. Koska vain kourallinen näistä kvanttikoneista pääsee alkuvaiheeseen, epätasa-arvoon ja alttius yksityisyydessä luovat kilpailua viranomaisjohtajien välillä siitä, kenellä on pääsy tähän teknologiaan.
Ironista kyllä, kvanttitietokoneet voivat olla myös ratkaisu salausongelmaan. Kuten Sovada lisäsi: "Myönteistä on, että Quantum-tietokoneet pystyvät lisäämään laskentatehoa monimutkaisten ongelmien ratkaisemiseksi. Armeijalla on valtavia määriä dataa, jotka on arvioitava saadakseen käsityksen toimitusketjun tarpeista, logistiikasta (materiaalien siirrosta), ennakoivasta huollosta jne.
Muut sovellukset eivät ole yhtä vakavia, mutta ovat yhtä tärkeitä. Mukaan a 2021 lehti, Armeija voi käyttää kvanttigravimetrejä seismologian, geofysiikan, maanalaisen skannauksen ja jopa arkeologian tai öljyn havaitsemisen apuna. Resurssien, erityisesti öljyn, väistyessä ja näillä kvanttilaitteilla saattaa olla keskeinen rooli joissakin sotilaallisissa sovelluksissa.
Se, että armeija tutkii kvanttiteknologiaa, on hyödyksi kvanttiteollisuudelle. Murrayn mukaan "Monet sotilasosastot Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja USA on käynnistysystävälliset kädet. Ja monet hallitukset ja puolustusvirastot ponnistelevat paljon saadakseen yhteyden tähän startup-yhteisöön." Tämä minimoi monet esteet, jotka kvanttiyritysten olisi voitettava työskennelläkseen armeijan kanssa. On kuitenkin muitakin huomioitavia asioita. "Ne ovat valtion rahoittamia virastoja", Murray selitti, "joten ne vievät kauemmin asioiden kääntämiseen. Mutta siitä on hyötyä, koska niillä on erittäin pitkän aikavälin budjetit, joten he eivät välttämättä etsi, mitä he voivat tehdä seuraavalla vuosineljänneksellä, kuten yritys saattaa." Tämä saattaa helpottaa kvanttilaskentayritysten työtä, jotka etsivät sotilaallisia kumppanuuksia varhain.
Muut tämän alan asiantuntijat uskovat, että muihin maihin verrattuna Yhdysvaltain armeija voisi tehdä enemmän investoidakseen yksityisiin kumppanuuksiin kvanttiyritysten kanssa. "Puolustusministeriöllä on pitkä historia tukenut kvanttiteknologian tutkimusta Yhdysvalloissa sen varhaisista ajoista lähtien, koska sillä on vaikutusta suojattuun viestintään, sijaintiin/navigointiin/ajoitukseen ja laskentaetuihin", selittää IonQ:n perustaja ja päällikkö. Teknologiavastaava Jungsang Kim. ”Kiinalla ja monilla Euroopan mailla on jo vakiintuneita julkisesti rahoitettuja kvanttialoitteita, mutta Yhdysvaltojen hallitus alkaa tunnistaa julkisen ja yksityisen sektorin kumppanuuden mahdollisuutta sen vahvuuden ansiosta kvanttiteollisuudessa. IonQ:n huippuluokan kvanttilaskentatekniikka voi antaa DoD:lle mahdollisuuden käsitellä monia haasteellisia laskentaongelmia, joita he kohtaavat. Yksityisen ja julkisen sektorin kumppanuudet vahvistavat kotimaista kvanttilaskentateollisuutta ja vapauttavat odottamattomia tehokkuusetuja Yhdysvaltain puolustusteknologian käyttöönotolle. AFRL on yksi tällainen varhainen käyttöönottaja, ja odotamme, että ala pystyy tarjoamaan vaikuttavia ratkaisuja muille DoD:n osa-alueille, jotka oikeuttavat jatkuvan investoinnin tulevaisuuteen." Kiitos sellaisen lainsäädännön kuin SIPS-lakiYhdysvaltain armeija alkaa ymmärtää, kuinka yksityiset kvanttiyritykset voivat hyötyä projekteistaan toteutettavissa olevassa aikataulussa.
Kuten monet kvanttiteollisuuden asiantuntijat, myös Murraylla on yksi silmä sen suhteen, milloin nämä laitteet voivat olla helpommin saavutettavissa. "Uskon, että seuraavien kahden vuoden aikana näemme, että kvanttia käytetään hyödyllisiin, erittäin markkinaraon sovelluksiin, joihin kuuluvat myös puolustus- ja sotilaspiireissä olevat", Murray sanoi. "Nyt se on erittäin kiistanalainen usko. Uskon, että seuraavien vuosien aikana näemme läpimurron, jonka uskon tapahtuvan hybridiavaruudessa. Vain noin seitsemän vuoden kuluttua Murray uskoo, että siirtyminen hybriditietokoneista täyskvanttitietokoneisiin tapahtuu, koska tekniikan kehittämiseen tarvitaan aikaa. Ja kun tämä vaihto tapahtuu, hän olettaa, että armeija käyttää pienempiä kvanttitietokoneita. "On todella mielenkiintoinen tarve tietokonejärjestelmille, jotka toimivat mobiilialustoilla laboratorion ulkopuolella ja kaukana näistä katedraalin kokoisista rakenteista", hän lisäsi. "Joten kaikki, mikä vie klassisen laskennan etua, pätee myös kvanttilaskentaan." Muut asiantuntijat näkevät teknologian olevan jo käytössä. "Tämä tekniikka on täällä tänään", Sovada sanoi. "Armeija voisi käyttää kvanttiteknologiaa ja integroida se välittömästi järjestelmiinsä, ja heidän on tiedettävä, että kvanttitietokoneiden saatavuus eroaa muiden kvanttiteknologian osien saatavuudesta."
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technologyn ja JILAn Science Communicatorin (kumppanuus Colorado Boulderin yliopiston ja NISTin välillä) kirjoittaja. Hänen kirjoitustyylinsä sisältävät syväteknologiaa, metaversumia ja kvanttitekniikkaa.
