Tehnologia cuantică

CD

CURSA ARMELOR QUANTUM TECH SE ÎNFIERBANTĂ
Autor: Stuart Rollo – Cercetător postdoctoral, Universitatea din Sydney

Tehnologia cuantică, care folosește proprietățile surprinzătoare și adesea contraintuitive ale universului subatomic, revoluționează modul în care informațiile sunt colectate, stocate, partajate și analizate.
Potențialul comercial și științific al revoluției cuantice este vast, dar în securitatea națională tehnologia cuantică face cele mai mari valuri. Guvernele naționale sunt de departe cei mai grei investitori în cercetarea și dezvoltarea cuantică.

Tehnologia cuantică promite progrese în domeniul armelor, comunicațiilor, detectării și tehnologiei de calcul care ar putea schimba echilibrul mondial al puterii militare. Potențialul de avantaj strategic a stimulat o creștere majoră a finanțării și a cercetării și dezvoltării în ultimii ani.
Citiți știrile bazate pe dovezi, nu pe tweet-uri
Obțineți buletin informativ
Cele trei domenii cheie ale tehnologiei cuantice sunt calculul, comunicațiile și detecția. În special în Statele Unite și China, toate cele trei sunt acum văzute ca părți cruciale ale luptei pentru supremația economică și militară.
Cursa este pe
Dezvoltarea tehnologiei cuantice nu este ieftină. Doar un număr mic de state au capacitatea organizațională și know-how-ul tehnologic de a concura.
Rusia, India, Japonia, Uniunea Europeană și Australia au stabilit programe semnificative de cercetare și dezvoltare cuantică. Dar China și SUA dețin un avans substanțial în noua cursă cuantică.
Iar cursa se încălzește. În 2015, SUA a fost cel mai mare investitor mondial în tehnologia cuantică, după ce a cheltuit în jur de 500 de milioane de dolari. Până în 2021, această investiție a crescut la aproape 2,1 miliarde de dolari.
Cu toate acestea, investițiile chineze în tehnologia cuantică în aceeași perioadă s-au extins de la 300 de milioane de dolari la o valoare estimată de 13 miliarde de dolari.

Președinții Joe Biden și Xi Jinping au subliniat fiecare importanța tehnologiei cuantice. Susan Walsh / AP
Liderii celor două națiuni, Joe Biden și Xi Jinping, au subliniat importanța tehnologiei cuantice ca instrument critic de securitate națională în ultimii ani.
Guvernul federal american a stabilit un „model de trei piloni” al cercetării cuantice, în cadrul căruia investițiile federale sunt împărțite între agențiile civile, de apărare și de informații.
În China, informațiile despre programele de securitate cuantică sunt mai opace, dar Armata Populară de Eliberare este cunoscută pentru a sprijini cercetarea cuantică prin propriile academii de științe militare, precum și programe extinse de finanțare în comunitatea științifică mai largă.
Inteligența artificială și învățarea automată
Progresele înregistrate în domeniul calculului cuantic ar putea duce la un salt în inteligența artificială și învățarea automată.
Acest lucru ar putea îmbunătăți performanța sistemelor de arme autonome letale (care pot selecta și angaja ținte fără supraveghere umană). De asemenea, ar facilita analizarea seturilor mari de date utilizate în serviciile de informații în domeniul apărării și al securității cibernetice.
Îmbunătățirea învățării automate poate conferi, de asemenea, un avantaj major în efectuarea (și apărarea împotriva) atacurilor cibernetice atât asupra infrastructurii civile, cât și asupra celei militare.
Cel mai puternic computer cuantic actual (din câte știm) este realizat de compania americană IBM, care colaborează îndeaproape cu apărarea și inteligența SUA.

Comunicare unhackable/de captat.
Sistemele de comunicații cuantice pot fi complet sigure și de necaptat/interceptat. Comunicarea cuantică este, de asemenea, necesară pentru conectarea computerelor cuantice, care este de așteptat să îmbunătățească exponențial puterea de calcul cuantică.
China este liderul global clar aici. O rețea de comunicații cuantice care utilizează conexiuni terestre și prin satelit leagă deja Beijing, Shanghai, Jinan și Heifei.

Prioritizarea de către China a comunicațiilor cuantice securizate este probabil legată de dezvăluirile operațiunilor de supraveghere globală sub acoperire ale SUA. SUA a fost de departe cea mai avansată și eficientă putere de comunicare, supraveghere și informații în ultimii 70 de ani – dar acest lucru s-ar putea schimba printr-un efort chinezesc de succes.

Senzori mai puternici
Informatica cuantică și comunicațiile țin promisiunea unui avantaj viitor, dar tehnologia cuantică cea mai apropiată de implementarea militară de astăzi este detectarea cuantică.
Noile sisteme de detectare cuantică oferă o detectare și o măsurare mai sensibile a mediului fizic. Sistemele stealth existente, inclusiv cea mai recentă generație de avioane de război și submarine nucleare ultra-silențioase, s-ar putea să nu mai fie atât de greu de reperat.
Se preconizează că dispozitivele de interferență cuantică superconductoare (sau SQUID-urile), care pot face măsurători extrem de sensibile ale câmpurilor magnetice, vor facilita detectarea submarinelor sub apă în viitorul apropiat.

Este posibil ca submarinele să nu se mai poată ascunde sub apă dacă sunt perfecționați noi senzori cuantici – Ricardo Maldonado Rozo / EPA.
În prezent, submarinele nedetectabile înarmate cu rachete nucleare sunt considerate un factor esențial de descurajare împotriva războiului nuclear, deoarece ar putea supraviețui unui atac asupra țării lor de origine și ar putea riposta împotriva atacatorului. Rețelele de CALME mai avansate ar putea face aceste submarine mai detectabile (și mai vulnerabile) în viitor, supărând echilibrul de descurajare nucleară și logica distrugerii reciproc asigurate.

Noi tehnologii, noi aranjamente
SUA integrează cu disperare acorduri de cooperare cuantică în alianțele existente, cum ar fi NATO, precum și în acorduri strategice mai recente, cum ar fi pactul de securitate Australia-Marea Britanie-SUA și Dialogul cvadrilateral de securitate („Quad”) dintre Australia, India, Japonia și SUA.
China cooperează deja cu Rusia în multe domenii ale tehnologiei, iar evenimentele ar putea propulsa o cooperare cuantică mai strânsă.

În Războiul Rece dintre SUA și URSS, armele nucleare au fost tehnologia transformatoare. Standardele și acordurile internaționale au fost elaborate pentru a le reglementa și a asigura o anumită măsură de siguranță și predictibilitate.
În același mod, vor fi necesare noi acorduri și aranjamente pe măsură ce cursa cuantică a înarmărilor se încălzește.

Declarație de identificare:
Stuart Rollo nu lucrează pentru, nu consultă, nu deține acțiuni sau nu primește finanțare de la nicio companie sau organizație care ar beneficia de acest articol și nu a dezvăluit nicio afiliere relevantă în afara numirii lor academice.

Sursa: https://theconversation.com/better-ai-unhackable-communication-spotting-submarines-the-quantum-tech-arms-race-is-heating-up-179482

Traducerea: CD

CE ESTE TEHNOLOGIA DE CALCUL ȘI COMUNICARE CUANTICĂ?
Autor: Howard Wiseman – profesor de fizică, Universitatea Griffith

Ce este o tehnologie cuantică?
Mecanica cuantică este ramura fizicii care explică comportamentul materiei și energiei la scară atomică. Deci „tehnologia cuantică” înseamnă doar tehnologie bazată pe lucruri foarte mici? Este doar un sinonim dare pentru nanotehnologie?
Nu!
Mecanica cuantică este cu siguranță necesară pentru proiectarea unei nanotehnologii, cum ar fi memoria flash, dar o tehnologie cuantică este ceva diferit.
Este o tehnologie care folosește ciudățenia mecanicii cuantice într-un mod fundamental – o tehnologie a cărei funcționare nu are sens dacă nu înțelegeți mecanica cuantică.
În special, ciudățenia cuantică permite computere ultra rapide și comunicare nedescifrabila, care vor fi unele dintre tehnologiile definitorii ale secolului 21.

Ce este atât de ciudat despre mecanica cuantică?
În viața de zi cu zi, avem de obicei un bun simț al intuiției cu privire la modul în care se va comporta lumea fizică. Aruncați un pahar și se va sparge pe podea. Lovesti un perete de beton și pumnul nu va trece prin el.

Dar în lumea ultra-micilor – atomi, electroni, chiar și lumină foarte slabă nu se aplică niciuna dintre regulile normale. În schimb, particulele urmează reguli cuantice care sunt destul de derutante.
Principiul incertitudinii lui Heisenberg spune că dacă sunteți sigur cât de repede se mișcă o particulă, nu veți putea prezice unde ați găsi-o dacă o căutați. Și dacă sunteți sigur unde este particula, nu veți putea prezice valoarea pe care ați obține-o pentru viteza sa.
Mai mult decât atât, teoria cuantică spune că acest lucru nu se datorează oricăror limitări ale abilităților noastre experimentale – lumea însăși este incertă!

Lucrul cu adevărat îngrijorător este că, potrivit teoriei cuantice, nu există nimic care să oprească această incertitudine intrinsecă cu privire la materia microscopică crescând în incertitudine intrinsecă cu privire la obiectele de zi cu zi.
Acest lucru este ilustrat de paradoxul infam al pisicii lui Schrödinger, care spune că o pisică într-o cutie ar putea ajunge într-o stare în care este imposibil să spui dacă este vie sau moartă. Nu este doar faptul că suntem ignoranți dacă pisica este vie sau moarta – până când vom deschide cutia să ne uitam, daca mai gasim insa cutia. Sau ambele. Chiar și fizicienii cuantici nu sunt de acord cu privire la modul de a-l descrie.

Calcul cuantic ultrarapid
Informatica cuantică este pisica lui Schrödinger pusă la treabă. Prin construirea unui computer din particule cuantice, este posibil să se facă întreaga memorie a computerului intrinsec incertă, la fel ca sănătatea pisicii. Acest lucru permite computerului să efectueze astronomic mai multe calcule diferite în paralel.
Trucul real este de a aduce toate aceste calcule împreună la sfârșit pentru a da răspunsul unic pe care il doriți. Dar dacă acest lucru ar putea fi făcut, un computer cuantic relativ mic ar putea rezolva probleme matematice care nu ar putea fi rezolvate cu toate computerele prezente din lume care rulează timp de un milion de ani.

Primul algoritm cuantic util – un software pentru un computer cuantic – care a gestionat acest truc a fost descoperit în anii 1990.
Provocarea mult mai mare este de a construi hardware-ul computerului cuantic, care va funcționa suficient de fiabil, și este suficient de mare, pentru a rula acest software.
La nivel mondial există un efort experimental imens pentru a face exact acest lucru. În Australia, Centre for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) este lider mondial în două dintre cele mai promițătoare tipuri de hardware pentru un computer cuantic: fotoni (particule de lumină) și electronii atomilor de fosfor încorporați în siliciu.

Două, cele mai puternice computere cuantice din lume până în prezent, ambele provin acum din China, iar noi experimente cu acestea re-aprind controversa cu privire la ce tipuri de probleme ar putea fi solvabile cuantic care nu ar putea să fie rezolvate de un supercomputer convențional.

Un computer cuantic cu o complexitate suficient de mare – de exemplu, suficiente componente cunoscute sub numele de biți cuantici sau „qubits” – ar putea, în teorie, să obțină un „avantaj cuantic” care să îi permită să găsească răspunsurile la probleme pe care niciun computer clasic nu le-ar putea rezolva vreodată. În principiu, un computer cuantic cu 300 de qubits ar putea efectua mai multe calcule într-o clipă decât există atomi în universul vizibil.

În 2019, Google a susținut că a afișat o astfel de „primată cuantică” cu procesorul său Sycamore de 53 de qubit, efectuând un calcul în 200 de secunde pe care compania l-a estimat că va depasi “Summit”, cel mai puternic supercomputer din lume la acea vreme, 10.000 de ani. Cu toate acestea, cercetătorii IBM au numit mai târziu această afirmație a avantajului cuantic în cauză, argumentând că, cu algoritmi clasici mai buni, Summit-ul ar putea rezolva de fapt această problemă în 2,5 zile.
„Stadiul actual al tehnicii este că niciun experiment nu a demonstrat încă un avantaj cuantic pentru sarcini practice.”
-Chao-Yang Lu, Universitatea de Știință și Tehnologie din China

Într-un studiu, cercetătorii au experimentat cu Zuchongzi, care a folosit 56 de qubit-uri superconductoare pe o sarcină ale cărei soluții sunt cazuri aleatorii sau eșantioane dintr-o anumită răspândire a probabilităților. Ei au descoperit că Zuchongzi a finalizat o astfel de sarcină de eșantionare în 1,2 ore, una pe care au estimat că va dura cel puțin 8,2 ani pentru a o termina. Ei au remarcat, de asemenea, această sarcină de eșantionare a fost de zeci până la sute de ori mai solicitantă din punct de vedere computațional decât ceea ce Google a folosit pentru a stabili avantajul cuantic cu Sycamore.

Într-un alt studiu, oamenii de știință au testat Jiuzhang 2.0, un computer cuantic fotonic, folosind eșantionarea bosonului gaussian, o sarcină în care mașina analizează patch-uri aleatorii de date. Folosind 113 fotoni detectați, au estimat că Jiuzhang 2.0 ar putea rezolva problema cu aproximativ 1024 mai repede decât supercalculatoarele clasice.

Deși sarcina de eșantionare utilizată în experimentele cu Zuchongzi nu are o valoare practică cunoscută, problema eșantionării bosonului gaussian pe care a fost testat Jiuzhang 2.0 are potențial multe aplicații practice, cum ar fi identificarea perechilor de molecule care sunt cele mai potrivite pentru ele. Ca atare, această lucrare poate avea aplicații de chimie cuantică în simularea moleculelor vitale și a reacțiilor chimice, spune fizicianul Chao-Yang Lu de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China din Hefei, coautor al ambelor studii.

Aceste noi experimente sunt „pași solizi și necesari spre construirea de computere cuantice din ce în ce mai avansate”, notează Lu. Dar el, de asemenea, avertizează împotriva exagerarilor în creștere din jurul cuanticelui de calcul.
„Până în prezent, problemele de calcul care pot beneficia cu adevărat de pe urma calculului cuantic sunt încă destul de limitate”, spune Lu. „Stadiul actual al tehnicii este că niciun experiment nu a demonstrat încă un avantaj cuantic pentru sarcini practice. Deși nu ar trebui să fim prea pesimiști și cu viziune scurtă, deoarece „lumea are nevoie doar de cinci computere cuantice”, ar trebui să facem, de asemenea, o diferență între optimism și exagerare.”
Oamenii de știință și-au detaliat concluziile pe 25 octombrie 2021 în două studii în revista Physical Review Letters.

Comunicare cuantică ultrasecă
Cealaltă aplicație principală a tehnologiei cuantice este de a face un mesaj sigur împotriva oricărui tip de hacker, indiferent cât de puternic este computerul lor – chiar și un computer cuantic!

Ideea de bază este simplă. Principiul incertitudinii lui Heisenberg implică faptul că, dacă aflați o proprietate a unei particule, creați în mod necesar incertitudine în alte proprietăți. Adică, particulele cuantice sunt perturbate de măsurători. Din acest motiv, un interceptor care încearcă să citească un mesaj secret codificat pe fotoni poate fi detectat înainte de a avea șansa de a obține informații reale.

Protocoalele de comunicare cuantică au fost dezvoltate pentru prima dată în anii 1980 și există sisteme cu rază scurtă de acțiune în operațiuni comerciale în multe țări, inclusiv unul australian dezvoltat de cercetătorii CQC2T.
Marea provocare, care este abordată la nivel mondial, inclusiv în CQC2T, este de a extinde gama de comunicare. Deoarece mesajele cuantice nu pot fi copiate, acest lucru necesită alte efecte cuantice ciudate, cum ar fi teleportarea cuantică.

Scopul final este de a conecta calculatoare cuantice peste tot în lume, creând un internet cuantic global.
De acum, nu putem decât să speculăm despre utilizările științifice și de altă natură pe care le vom găsi pentru asta, în cazul în care va deveni o realitate.

Declarație de identificare:
Howard Wiseman este directorul Centrului pentru Dinamica Cuantică, Universitatea Griffith, și lider executiv de cercetare în cadrul Centrului pentru Tehnologia Calculului cuantic și a Comunicațiilor (un Centru de Excelență al Consiliului australian de Cercetare). Grupul său de cercetare este, de asemenea, finanțat de ARC prin Discovery Projects, de Fundația Templeton și de Institutul Perimetral pentru Fizică Teoretică (Canada). Nu are alte afilieri relevante, surse de finanțare sau interese financiare.

Sursa: https://theconversation.com/explainer-quantum-computation-and-communication-technology-7892

Traducerea CD