South China Morning Post: Квантовая технология: как она работает, и почему США и Китай стремятся к достижению превосходства

МЕНЮ


Главная страница
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


В ноябре правительство Соединенных Штатов добавило еще 12 китайских компаний в свой экспортный черный список, сославшись на соображения национальной безопасности. На этот раз среди них были фирмы, занимающиеся квантовыми вычислениями.

По данным Министерства торговли США, некоторые из фирм, внесенных в черный список, помогли китайским военным «противодействовать скрытности, а также иметь возможность взламывать шифрование или разрабатывать нерушимое шифрование»..

Все это приложения, связанные с квантовыми технологиями, которые и США, и Китай стремятся развивать.

Как именно работает эта технология и действительно ли она меняет правила игры?

Квантовая технология – это сложная область физики, исследующая поведение субатомных частиц меньше атомов, основных строительных блоков всей материи.

Одной из основных областей интереса в квантовой технологии являются квантовые вычисления. В отличие от классического компьютера, выполняющего вычисления по одному, квантовый компьютер может выполнять множество вычислений одновременно.

Основной единицей информации в классических вычислениях является “бит”, представляющий собой одно из двух двоичных значений – либо ноль, либо единицу. Компьютер способен интерпретировать эти значения и представлять их в различных форматах, включая слова и изображения.

Квантовые компьютеры используют другую базовую единицу памяти: кубит, обладающий гибкостью для представления либо нуля, либо единицы, либо обоих одновременно. Эта способность объекта существовать в более чем одной форме одновременно известна как суперпозиция.

Все усложняется, когда несколько кубитов в компьютере взаимодействуют друг с другом.

Именно здесь возникает концепция запутанности: множество частиц в квантовой системе связаны и влияют друг на друга.

Например, если один кубит представляет ноль, другой кубит, связанный с ним, примет значение единицы, и наоборот, делая измерение каждого кубита зависимым от другого.

Поскольку базовые информационные единицы квантовых компьютеров могут представлять все возможности одновременно, теоретически они намного быстрее и мощнее обычных компьютеров, к которым мы привыкли. Физики в Китае, например, недавно запустили квантовый компьютер, которому, по их словам, потребовалась 1 миллисекунда для выполнения задачи, способной занять у обычного компьютера 30 триллионов лет.

Учитывая нашу одержимость скоростью в технологиях, вы можете подумать, что квантовые вычисления сейчас будут по умолчанию.

Но до сих пор эти машины работают только в защищенной среде в течение коротких периодов времени для выполнения очень специфических задач, и они допускают много ошибок. Следовательно, между учеными ведутся споры о том, будет ли когда-нибудь достигнуто “квантовое превосходство” – идея о том, что квантовые компьютеры могут работать лучше, чем их обычные аналоги, по крайней мере, в некоторых конкретных задачах.

Одна из больших задач для ученых — заставить кубиты поддерживать суперпозицию и запутанность достаточно долго, чтобы выполнить задачу. Квантовые состояния суперпозиции и запутанности чрезвычайно хрупки, и без правильной температуры и условий окружающей среды они быстро теряют свои качества и ведут себя беспорядочно.

Чтобы нормально функционировать, кубиты должны храниться в специальных холодильниках при сверхнизких температурах, близких к точке, где атомы перестают двигаться. Потребность в специализированном оборудовании является ключевой причиной того, что только страны, готовые инвестировать большое количество ресурсов, изучают квантовые вычисления.

Ведущий китайский квантовый физик Пан Цзяньвэй в октябре подсчитал, что потребуется “четыре-пять лет напряженной работы”, чтобы исправить квантовые ошибки для двух квантовых компьютеров, разработанных его командой, прежде чем они смогут взглянуть на решение важных научных вопросов с практической ценностью.

В статье, опубликованной в 2020 году, Пан, отец китайской программы квантовых спутников, изложил три применения для квантовых технологий, которые страна пыталась разработать:

1. Квантовые датчики, которые могли бы обнаружить подводную лодку, скрывающуюся на глубине сотен метров под океаном, или направляющие устройства, которые могли бы работать независимо в течение нескольких месяцев без сигнала GPS;

2. Квантовые компьютеры, которые могли бы выполнять вычисления, для решения которых современным высокопроизводительным компьютерам потребовались бы тысячи лет — например, для взлома шифрования — за считанные секунды;

3. Квантовый интернет использует запутанные частицы для передачи сообщений, что приводит к сверхбезопасной связи.

Помимо применения в военных целях и в области национальной безопасности, квантовые исследования могут помочь достичь важных научных прорывов.

Есть надежда, что квантовые вычисления могут помочь исследователям разработать новые лекарства, моделируя более крупные и сложные молекулы намного быстрее, говорится в отчете McKinsey за 2021 год.

Исследователи также изучают климатические приложения и предполагают, что моделирование высокоскоростных квантовых вычислений может помочь ученым создать более эффективные батареи или удобрения или найти способы оптимизации процессов для сокращения выбросов углекислого газа.

По мере роста интереса к применениями для квантовых вычислений технологические гиганты, занимающиеся исследованиями и разработками, включая IBM, Google, Huawei Technologies Co. и материнскую компанию Alibaba South China Morning Post, предоставили бесплатные платформы для разработки квантовых алгоритмов.

Какие страны лидируют в гонке квантовых технологий?

Великобритания, Европейский союз и США в последние годы опубликовали планы взять на себя ведущую роль в глобальной гонке в области квантовой науки и технологий.

С другой стороны, национальная квантовая программа Китая была окутана тайной до 2020 года, когда в ней был указан квантовая технология в качестве главного приоритета наряду с шестью другими ключевыми научно-техническими областями в стране пятилетнего плана развития.

В декабре 2021 года, в гарвардском отчете говорится, что в квантовых вычислениях, квантовой связи и квантовом зондировании – трех областях, традиционно возглавляемых американскими исследователями, – “Китай догоняет, а в некоторых случаях уже обогнал Америку”.

Обе страны вложили огромные средства и разработали жесткую политику, связанную с изучением квантовых технологий.

В сентябре 2020 года Пан и его команда заявили, что достигли квантового превосходства с новой машиной, в миллион раз более быстрем, чем рекорд, установленный Платаном, квантовым компьютером, построенный компанией Google.

Китай имеет более 3000 патентов, связанных с квантовыми технологиями, что примерно в два раза больше, чем в США, но отстает по количеству патентов, относящихся к квантовым вычислениям, согласно отчету Valuenex за 2021 год.

Почему США обеспокоены квантовыми исследованиями Китая?

Согласно отчету Конгресса США об исследованиях, квантовые вычисления могут представлять угрозу для современных методов шифрования примерно к 2030-2040 годам.

Современное шифрование, используемое для защиты информации, почти невозможно взломать обычным компьютерам, но квантовые компьютеры могли бы сделать это с их превосходной вычислительной мощностью.

Это может позволить “противникам получить доступ к конфиденциальной информации о военных или разведывательных операциях США”, говорится в докладе.

В докладе также предсказывалось, что с улучшением как квантовых вычислений, так и машинного обучения, подотрасли искусственного интеллекта, страны смогут разработать более точное и смертоносное оружие.

Китай уже разработал квантовое оборудование с потенциальным военным применением.

В этом году ученые из Университета Цинхуа разработали квантовый радар, способный обнаружить самолет-невидимку, создав небольшую электромагнитную бурю.

В 2017 году Китайская академия наук также разработала квантовый детектор подводных лодок, способный обнаружить подводные лодки издалека.


Источник: www.scmp.com

Комментарии: