By Kenna Hughes-Castleberry đăng ngày 21 tháng 2022 năm XNUMX
Với môi trường không thể đoán trước và tính toán nhiều mặt trong thời gian thực, quân đội là một ngành đang tìm cách tận dụng lợi ích của điện toán lượng tử để nỗ lực thành công; nhưng nó có thể không phải là loại máy tính lượng tử mà nhiều người mong đợi. “Trong điện toán lượng tử, tôi nghĩ bạn có rất nhiều người, hầu hết là các nhà vật lý, nghĩ rằng họ đã biết máy tính lượng tử nên là gì và họ nghĩ rằng nó phải chính xác theo một cách nào đó,” giải thích Richard Murray, Giám đốc điều hành của công ty điện toán lượng tử có trụ sở tại Vương quốc Anh Máy tính ORCA. “Sự thật là, đó là một công nghệ mới vô cùng thú vị sẽ được áp dụng dưới nhiều hình thức khác nhau. Nhìn vào một hệ thống máy tính, có thể bao gồm mọi thứ từ FPGA đối với một loại siêu máy tính, chúng vẫn là cả hai loại máy tính có nhiều thành phần khác nhau. Tôi nghĩ điện toán lượng tử cũng sẽ như vậy.” Gần như để chứng minh quan điểm của mình, Murray và nhóm của anh ấy tại ORCA Computing gần đây đã bán một Mẫu PT-1 máy tính lượng tử đến Vương quốc Anh Bộ Quốc phòng. Mô hình này là loại máy tính lượng tử đầu tiên ở nhiệt độ phòng và được thiết kế để tính toán tại chỗ, cho phép công nghệ trở nên mạnh mẽ và linh hoạt hơn. Tại Hoa Kỳ, ionQ ký một $ 13.4 triệu hợp đồng với Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Hoa Kỳ (USAFRL) để cung cấp phần cứng và phần mềm điện toán lượng tử cho R&D. Tương tự, Hộp cátAQ đang hợp tác chặt chẽ với quân đội Hoa Kỳ để giúp triển khai công nghệ lượng tử trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Với những môi trường không thể đoán trước mà quân đội gặp phải, việc có một máy tính lượng tử dễ triển khai hơn có thể hợp lý hóa nhiều dự án.
Thiết lập thông thường cho máy tính lượng tử được mô tả là “thánh đường” do hình dạng của nó. Với khuếch đạis, mảng qubit, bộ cách ly và nhiều loại buồng khác, máy móce khá lớn và cồng kềnh, và rất có thể sẽ chỉ lớn hơn khi các công ty nỗ lực tăng quy mô số lượng qubit trong thiết bị của họ. Điều này gây khó khăn cho các loại máy tính lượng tử này được triển khai tại chỗ, đó là lý do tại sao Murray gợi ý rằng một loại máy tính lượng tử khác sẽ cần được tạo riêng cho quân đội. Murray nói: “Để phòng thủ, bạn có rất nhiều ứng dụng cho máy tính, những ứng dụng này không giống như máy tính tiêu chuẩn, chúng không nằm trong môi trường được kiểm soát. “Và có những lý do rất chính đáng tại sao không. Họ có thể phải đương đầu với nhiều tham số khác nhau để hoạt động hoặc tính toán trong một môi trường cực kỳ bất lợi. Ví dụ, nó có thể cần phải hoạt động trong môi trường cực kỳ phóng xạ. Đó là những loại môi trường mà một loại nền tảng điện toán khác có thể chứng tỏ sức mạnh to lớn, đó có thể là một thế giới khác xa với thế giới điện toán hiệu năng cao mà mọi người tưởng tượng.” Những hạn chế này là lý do mà Murray đã giúp tạo ra Mẫu PT-1, như anh ấy nói, có thể ngồi “ở phía sau một chiếc Land Rover.” sử dụng qubit quang tử, PT-1 tránh được nhu cầu về nhiệt độ lạnh và được chế tạo trên một hệ thống cơ động hơn. Khi Bộ Quốc phòng sử dụng PT-1, chắc chắn họ sẽ phát triển các chương trình tùy chỉnh để thiết bị chạy.
Các ứng dụng quân sự lớn
Ngoài nhu cầu cần thêm có thể triển khai thiết bị, quân đội có những lĩnh vực quan trọng khác mà công nghệ lượng tử có thể tạo ra sự khác biệt. Từ mã hóa đến lén đến xe mới thiết kế, cơ hội cho điện toán lượng tử dường như vô tận. Trong khi các trường hợp sử dụng vẫn đang được nghiên cứu và phát triển, các máy tính lượng tử hiện tại đang được sử dụng cho các vấn đề tối ưu hóa hoặc được ghép nối với máy học. Murray cho biết: “Tại ORCA, nhóm dành nhiều thời gian cho các mô hình tổng quát bằng cách sử dụng máy học. Ông cũng cho rằng sẽ có nhiều trường hợp sử dụng hơn khi phần cứng tiến bộ để có thể sửa lỗi hoàn toàn. Một trường hợp sử dụng trong tương lai mà Murray đưa ra là tạo ra chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. “Bạn có thể nghĩ, làm thế nào mà chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng lại quan trọng đối với quân đội?” Anh nói. “Chà, lưu trữ năng lượng, nếu bạn cần lưu trữ một lượng lớn năng lượng, bạn có thể làm điều đó với một chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.”
Một ứng dụng rõ ràng là mật mã. “Máy tính lượng tử sẽ có thể phá vỡ mã hóa,” giải thích Jen Sovada, Chủ tịch Khu vực công tại SandboxAQ. “Nhiều đối thủ đang thực hiện lưu trữ ngay bây giờ, giải mã các cuộc tấn công sau này. Đánh cắp dữ liệu được mã hóa với mục đích duy nhất là giải mã dữ liệu đó sau khi có máy tính lượng tử. Điều này sẽ làm cho dữ liệu nhạy cảm có thể truy cập được như dữ liệu hệ thống vũ khí, thành phần vật liệu, danh tính của nhân viên và các thông tin khác mà Quân đội muốn bảo vệ.” Vì máy tính lượng tử có thể tạo số ngẫu nhiên hoặc số nguyên tố, cả hai đều quan trọng đối với mã hóa quá trình, điều này có thể đe dọa toàn bộ cách hoạt động của mã hóa. Điều này đã được nghiên cứu với blockchain và cryptocurrencies. Việc phá vỡ các mã hóa này có thể dẫn đến những hậu quả lớn, đặc biệt là đối với những người nắm quyền. Murray giải thích: “Ngay khi ai đó có một hoặc hai trong số những máy tính này, họ có thể truy cập dữ liệu được mã hóa của bạn. “Mối đe dọa đó có thể áp dụng cho dữ liệu đang được truyền đi ngày nay. Vì vậy, mặc dù khả năng đột nhập và giải mã dữ liệu chỉ xuất hiện sau 10 năm trong tương lai, nhưng sau đó bạn có thể quay lại dữ liệu đó sau 10 năm nữa khi máy tính lượng tử khả dụng. Đột nhiên, bạn có thể mở khóa những thứ mà 10 năm trước, mọi người đã cố gắng giữ bí mật. Vì vậy, suy nghĩ hiện tại là, nếu bạn không muốn những thứ đó có sẵn trong 10 năm nữa, bạn nên bắt đầu nghĩ về các giao thức bảo mật được sử dụng ngày nay.” Vì tất cả các quân đội đều xử lý thông tin nhạy cảm và bí mật, nên việc có các quy trình mã hóa mạnh là chìa khóa. Bởi vì chỉ một số ít máy lượng tử này sẽ đạt đến giai đoạn đầu tiên ban đầu đó, sự bất bình đẳng và dễ bị tổn thương trong quyền riêng tư đang tạo ra một chút cuộc chạy đua giữa các nhà lãnh đạo có thẩm quyền về việc ai có quyền truy cập vào công nghệ này.
Trớ trêu thay, máy tính lượng tử cũng có thể là một giải pháp cho vấn đề mã hóa. Như Sovada đã nói thêm: “Về mặt tích cực, máy tính lượng tử sẽ có thể tăng sức mạnh tính toán để giải quyết các vấn đề phức tạp. Quân đội có lượng dữ liệu khổng lồ cần được đánh giá để cung cấp thông tin chi tiết về nhu cầu của chuỗi cung ứng, hậu cần (di chuyển vật liệu), bảo trì dự đoán, v.v.”
Các ứng dụng khác không khủng khiếp bằng nhưng cũng quan trọng không kém. Theo một giấy 2021, trọng lượng kế có thể được quân đội sử dụng để hỗ trợ địa chấn học, địa vật lý, quét ngầm và thậm chí trong khảo cổ học hoặc phát hiện dầu. Khi các nguồn tài nguyên, đặc biệt là dầu mỏ, ngày càng khan hiếm, các thiết bị lượng tử này có thể đóng vai trò trung tâm hơn trong một số ứng dụng quân sự.
Việc quân đội đang xem xét công nghệ lượng tử là một lợi ích cho ngành công nghiệp lượng tử. Theo Murray, “Nhiều chi nhánh quân sự ở Anh và Mỹ có cánh tay thân thiện với khởi động. Và nhiều chính phủ, cơ quan quốc phòng đang nỗ lực rất nhiều để kết nối với cộng đồng khởi nghiệp này.” Điều này giảm thiểu nhiều rào cản mà các công ty lượng tử phải vượt qua để hợp tác với quân đội. Tuy nhiên, có những điều khác để xem xét. “Họ là những cơ quan do chính phủ tài trợ,” Murray giải thích, “vì vậy họ mất nhiều thời gian hơn để xoay chuyển tình thế. Nhưng có một lợi ích là vì họ có ngân sách dài hạn, vì vậy họ không nhất thiết phải tìm kiếm những gì họ có thể làm trong quý tới như một công ty có thể làm.” Điều này có thể giúp các công ty điện toán lượng tử sớm tìm kiếm quan hệ đối tác quân sự dễ dàng hơn.
Các chuyên gia khác trong ngành này tin rằng so với các quốc gia khác, quân đội Hoa Kỳ có thể làm nhiều hơn để đầu tư vào quan hệ đối tác tư nhân với các công ty lượng tử. “Bộ Quốc phòng có lịch sử lâu dài hỗ trợ nghiên cứu về công nghệ lượng tử ở Hoa Kỳ ngay từ những ngày đầu tiên, do tác động của nó đối với thông tin liên lạc an toàn, vị trí/điều hướng/thời gian và lợi thế tính toán,” Người đồng sáng lập kiêm Giám đốc IonQ giải thích. Cán bộ công nghệ Kim Sang. “Trong khi Trung Quốc và nhiều nước châu Âu đã có các sáng kiến lượng tử được tài trợ công khai từ lâu, chính phủ Hoa Kỳ đang bắt đầu nhận ra cơ hội hợp tác công tư do sức mạnh của nước này trong ngành lượng tử. Công nghệ điện toán lượng tử tiên tiến mà IonQ sở hữu có thể cho phép DoD giải quyết nhiều vấn đề điện toán thách thức mà họ gặp phải. Quan hệ đối tác công-tư sẽ củng cố ngành điện toán lượng tử trong nước và mở ra những hiệu quả không lường trước được cho việc triển khai các công nghệ quốc phòng của Hoa Kỳ. AFRL là một trong những người áp dụng sớm như vậy và chúng tôi dự đoán rằng ngành sẽ có thể cung cấp các giải pháp có tác động cho các lĩnh vực khác của DoD để đảm bảo tiếp tục đầu tư trong tương lai.” Nhờ pháp luật như Đạo luật CHIPS, quân đội Hoa Kỳ đang bắt đầu hiểu làm thế nào các công ty lượng tử tư nhân có thể mang lại lợi ích cho các dự án của họ trong một mốc thời gian khả thi.
Giống như nhiều chuyên gia trong ngành công nghiệp lượng tử, Murray cũng để mắt đến khoảng thời gian khi các thiết bị này có thể dễ tiếp cận hơn. Murray nói: “Tôi tin rằng trong hai năm tới, chúng ta sẽ thấy lượng tử được áp dụng cho các ứng dụng hữu ích, có tính thích hợp cao, bao gồm cả những ứng dụng trong giới quốc phòng và quân sự. “Bây giờ đó là một niềm tin gây nhiều tranh cãi. Tôi nghĩ trong vài năm tới chúng ta sẽ chứng kiến một bước đột phá, điều mà tôi tình cờ nghĩ là sẽ có trong không gian lai.” Chỉ khoảng bảy năm nữa, Murray tin rằng việc chuyển đổi từ máy tính lai sang máy tính lượng tử hoàn toàn sẽ xảy ra, vì cần có thời gian để phát triển công nghệ. Và khi sự chuyển đổi đó xảy ra, ông cho rằng các máy tính lượng tử kiểu dáng nhỏ hơn sẽ được quân đội sử dụng. Ông nói thêm: “Có một nhu cầu thực sự thú vị đối với các hệ thống máy tính hoạt động trên các nền tảng di động bên ngoài phòng thí nghiệm và cách xa các cấu trúc có kích thước như nhà thờ này. “Vì vậy, mọi thứ có lợi thế trên điện toán cổ điển cũng áp dụng cho điện toán lượng tử.” Các chuyên gia khác coi công nghệ này đã được triển khai. “Công nghệ này đã có mặt ở đây ngày hôm nay,” Sovada nói. “Quân đội có thể đang sử dụng công nghệ lượng tử và tích hợp nó vào hệ thống của họ ngay lập tức và cần biết rằng tính khả dụng của máy tính lượng tử khác với tính khả dụng của các khía cạnh khác của công nghệ lượng tử.”
Kenna Hughes-Castleberry là nhà văn nhân viên của Inside Quantum Technology và Science Communicator tại JILA (hợp tác giữa Đại học Colorado Boulder và NIST). Những nhịp điệu viết lách của cô ấy bao gồm công nghệ sâu, siêu nghịch đảo và công nghệ lượng tử.
