Например, классические компьютеры не могут моделировать поведение атомов и электронов во время химических реакций, поскольку они управляются квантовой механикой, сложность которой слишком велика для классических компьютеров. Если КК станет практичным, он, вероятно, будет использоваться для моделирования новых молекул и химических реакций, что поможет определить вещества, которые могут быть использованы для широкого круга целей, таких как конструирование более легких частей самолетов, создание более эффективных лекарств и разработка лучших батарей.
Поэтому неудивительно, что немецкие автопроизводители Daimler и Volkswagen исследуют квантовые вычисления с конечной целью улучшить химический процесс в батареях для своих электромобилей, а Microsoft изучает возможности использования квантовых вычислений для определения способов извлечения углекислого газа из атмосферы, чтобы компенсировать глобальное потепление.
С точки зрения национальной безопасности, квантовые компьютеры идеально подходят для взлома кодов - проникновения в математику, которая лежит в основе шифрования, защищающего военные коммуникации, а также критическую инфраструктуру страны, такую как онлайн-коммерция, включая банковские операции и покупки. Как упоминалось ранее, эти транзакции защищены с помощью алгоритма, который использует факторизацию, или обратное умножение, огромного числа, обычно длиной в несколько сотен цифр. Это "запирает" зашифрованные данные. Такая форма шифрования работает потому, что даже самым современным компьютерам потребовались бы годы, чтобы найти два простых множителя в основе зашифрованных данных. Теоретически, квантовый компьютер может быстро взломать это шифрование.
Последствия для безопасности при взломе текущих зашифрованных данных очень глубоки. Хотя в настоящее время квантовые процессоры еще не обладают такими возможностями, правительства и корпорации не сбрасывают со счетов возможность того, что они появятся в недалеком будущем. Национальный институт стандартов и технологий США уже оценивает новые системы шифрования для "квантовой защиты" интернета. В то же время многие национальные разведывательные службы собирают и архивируют перехваченные зашифрованные сообщения, ожидая появления квантовых вычислений, которые позволят им воскресить эти сообщения и, возможно, превратить их в ценные разведданные.
Учитывая способность квантовых компьютеров манипулировать огромными массивами данных и выявлять закономерности, которые ускользают от классических компьютеров, их потенциал для помощи в разработке и совершенствовании алгоритмов машинного обучения представляется огромным. Как отмечает физик Йоханнес Оттербах, «существует естественная комбинация между присущей квантовым вычислениям статистической природой ... и машинным обучением».
Высокая стоимость квантового компьютера, скорее всего, ограничит их применение национальными государствами и крупнейшими мировыми технологическими корпорациями. Если предположить, что услуги квантовых вычислений не будут предоставляться в аренду, то, по крайней мере, на начальном этапе КК вряд ли будут способствовать демократизации разрушения.
Барьеры
Энтузиазм вокруг последних достижений в области квантовых вычислений после трех десятилетий ледникового прогресса весьма значителен. Хармут Невен из Google ожидает, что к 2030 году все машинное обучение будет осуществляться на квантовых компьютерах. Некоторые эксперты предполагают, что к тому времени Google и его ведущие конкуренты будут продавать услуги квантовых вычислений через облако и взимать плату за каждую секунду.
Однако есть и скептики, которые считают, что оптимисты КК слишком много обещают. Один из них - Джерри Чоу, исследователь квантовых компьютеров IBM, который говорит, что QC «немного напоминает попытку уравновесить яйцо на конце иглы. Вы, конечно, можете сделать это, но любое небольшое нарушение от шума, тепла, вибраций, и вы внезапно получаете солнечной стороной вверх». Даже Фейнман предупреждал: "Если вы хотите сделать симуляцию природы, вам лучше сделать ее квантово-механической, и, черт возьми, это замечательная проблема, потому что она не выглядит такой простой". Действительно, на пути создания квантового компьютера и его использования для решения практических задач остаются значительные технические и практические проблемы.
Одним из препятствий является относительно высокий коэффициент ошибок квантового компьютера, который обусловлен шумом. Бит классического компьютера - это либо единица, либо ноль. Даже если значение немного ошибочно из-за шума в системе, современные компьютеры могут отсеивать вариации на своих входах и выдавать чистые, свободные от шума выходы. С кубитами дело обстоит иначе. Недавние исследования показали, что процент ошибок при двухквантовых операциях в системах с пятью и более кубитами превышает несколько процентов. Некоторые энтузиасты утверждают, что проблему можно решить с помощью алгоритмов коррекции ошибок. Но таким алгоритмам потребуются дополнительные кубиты для проверки работы кубитов, выполняющих вычисления. Это чревато путешествием в кроличью нору: по оценкам некоторых экспертов, для проверки работы одного кубита потребуется еще сотня!
Тем не менее, с теоретической точки зрения, ничто не мешает добавить больше кубитов для решения этой проблемы. Решение проблемы ошибок в квантовых вычислениях заключается в формировании логических кубитов с помощью нескольких физических кубитов. Если это так, то для практичного и полезного квантового компьютера потребуется миллион или более кубитов. Достижение этой цели является сложной задачей, поэтому трудно с уверенностью сказать, когда это может произойти.
Другим препятствием является так называемая проблема ввода. В настоящее время не существует метода быстрого преобразования большого количества классических данных в квантовое состояние. Для задач, требующих ввода большого количества данных, время, необходимое для преобразования данных, обычно намного превышает время вычислений, что потенциально нивелирует преимущество квантового компьютера. Хорошая новость заключается в том, что эта проблема исчезает, если данные могут быть сгенерированы алгоритмически. Плохая новость заключается в том, что разработка квантовых алгоритмов также оказывается сложной задачей. Еще одно препятствие связано с разработкой программного обеспечения для квантовых вычислений, а также методов отладки квантового оборудования и программного обеспечения.
Резюме
Квантовые вычисления подразумевают манипулирование вещами на мельчайшем уровне энергии в атомах, где физическое поведение часто противоречит нашему пониманию того, как ведет себя мир. Благодаря уникальному свойству суперпозиции кубитов и явлению квантовой запутанности, квантовые компьютеры теоретически могут обеспечить значительный прогресс в таких областях, как криптография, химия и искусственный интеллект.
Несмотря на недавний прогресс, проблемы создания полезных квантовых компьютеров остаются такими же, какими они были определены десятилетия назад физиком Рольфом Ландауэром из IBM, который призвал включать в статьи о квантовых вычислениях следующий отказ от ответственности: "Эта схема, как и все другие схемы квантовых вычислений, полагается на спекулятивную технологию, в ее нынешней форме не учитывает все возможные источники шума, ненадежности и производственных ошибок, и, вероятно, не будет работать. Тем не менее, огромный потенциал квантовых вычислений, способный изменить не только характер военных соревнований, но и само общество, делает его слишком важным, чтобы игнорировать, даже принимая во внимание оговорку Ландауэра.
Некоторые другие изменения в технологиях военного назначения
Технологии, описанные в этой главе, иллюстрируют прогресс современной науки, который может привести к разрушительным изменениям в военном балансе. Существуют и другие технологические разработки, которые, как представляется, также могут оказать значительное влияние на характер военной конкуренции.
Интересные игрушки
В конце двадцатого века Джеймс Шлезингер был одним
