Organizacje naukowe z różnych krajów pracują nad stworzeniem tzw. komputery kwantowe. Urządzenia o specjalnej architekturze powinny wykazywać zwiększoną wydajność i uprościć rozwiązywanie wielu zadań. To całkiem naturalne, że przemysł zbrojeniowy i obronny już są zainteresowane takimi technologiami.
Proces wdrażania
Jako pierwsze na rynku pojawiły się komputery kwantowe kanadyjskiej firmy D-Wave Systems. Od 2007 roku wprowadziła szereg procesorów opartych na różnej liczbie kubitów o różnych możliwościach. W tym przypadku nie mówimy o pełnoprawnym uniwersalnym komputerze, ale o specjalistycznym systemie do rozwiązywania konkretnych problemów. Jednak w tym przypadku wykazano wyższość nad systemami o „klasycznej” architekturze.
W 2011 roku wprowadzono 128-qubitowy komputer D-Wave One, który był w stanie wykonywać tylko dyskretną optymalizację. Wkrótce pojawił się kontrakt o wartości ponad 10 milionów dolarów z Lockheed Martin na dostawę jednej maszyny i jej późniejszą konserwację. W swojej komunikacji organizacja klienta wskazała, że komputer będzie służył do rozwiązywania najbardziej złożonych problemów i problemów z zakresu oprogramowania.
W 2013 roku Lockheed-Martin zamówił nowszy komputer D-Wave Two z procesorem 512-qubit. Następny komputer, typ 2, został sprzedany grupie organizacji kierowanych przez NASA do wspólnego projektu. Trzeci kontrakt z Lockheed Martin został podpisany w 2015 roku i przewidywał dostawę produktu D-Wave 2X, który ma 1152 kubity. Inni klienci to NASA i Los Alamos National Laboratory. Na początku 2017 roku ruszyła sprzedaż komputera D-Wave 2000Q (2048 kubitów) - ponownie zainteresowali się NASA i powiązanymi organizacjami. System Advantage (5640 kubitów) wchodzi na rynek w tym roku.
W czerwcu okazało się, że centrum obliczeniowe USC-Lockheed Martin oparte na szkole technicznej USC Viterbi otrzyma w niedalekiej przyszłości komputer Advantage. Oczekuje się, że otrzymanie mocniejszej maszyny rozszerzy możliwości ośrodka do prowadzenia badań i tworzenia praktycznych systemów. Ponadto nowy komputer zostanie włączony do kompleksu chmury kwantowej Leap.
Mimo krytyki i ograniczonych możliwości, komputery kwantowe firmy D-Wave Systems są przedmiotem kilku kontraktów i są używane w różnych organizacjach od prawie 10 lat. Głównym odbiorcą takiego sprzętu był Lockheed Martin, jedna z największych organizacji w przemyśle obronnym, działająca we wszystkich głównych obszarach. Również organizacje naukowo-badawcze, m.in. zatrudnionych w stosowanej dziedzinie.
Przyszłość od DARPA
W marcu br. agencja DARPA uruchomiła projekt komputera kwantowego. W ramach programu ONISQ (Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum) planowane jest opracowanie ogólnych zagadnień tworzenia nowych komputerów, a następnie stworzenie gotowych próbek. W prace zaangażowanych jest siedem „zespołów”, w których uczestniczą organizacje naukowe i projektowe.
Pierwszy etap ONISQ potrwa półtora roku, w jego ramach wymagane jest opracowanie technik i algorytmów rozwiązywania problemów optymalizacji kombinatorycznej. Następnie rozpocznie się drugi etap, którego celem będzie doskonalenie tworzonych produktów i programów. Wyniki programu mogą znaleźć zastosowanie zarówno w sferze wojskowej, jak i cywilnej.
DARPA bierze pod uwagę, że stworzenie uniwersalnego komputera kwantowego to niezwykle trudne zadanie, dlatego na razie stawiają sobie skromniejsze cele. W szczególności dopuszcza się tworzenie symulatorów systemu kwantowego w oparciu o „zwykły” komputer lub rozwijanie architektury hybrydowej z ograniczoną liczbą kubitów.
Rosyjska perspektywa
W innych krajach m.in. w Rosji rozwój obliczeń kwantowych wciąż pozostaje w tyle. Symulatory i prototypy z niewielką liczbą kubitów są dostępne i są w użyciu, ale sprzedaż komercyjna i masowe przyjęcie są jeszcze daleko. Podejmowane są jednak niezbędne środki, a pożądane rezultaty pojawią się w najbliższej przyszłości.
Na przykład w 2018 r. Rosyjska Fundacja Badań Zaawansowanych uruchomiła projekt „Optyczne systemy obliczeń kwantowych”. W ramach tych prac w latach 2018-2021. zaplanowano stworzenie demonstratorów komputerów z 50 kubitami opartymi na atomach neutralnych i zintegrowanych układach optycznych. Głównym wykonawcą projektu jest Moskiewski Uniwersytet Państwowy, w prace zaangażowanych jest również wiele innych organizacji.
Prace nie zostały jeszcze zakończone, ale już są plany wprowadzenia nowych technologii. Obliczenia kwantowe to jeden z obiecujących obszarów państwowego programu Gospodarki Cyfrowej. Zasadniczo nowe komputery o zwiększonej wydajności będą wykorzystywane w różnych dziedzinach przemysłu i ekonomii. W przyszłości proponuje się stworzenie środków szyfrowania kwantowego o zwiększonej stabilności.
Obecny projekt jest interesujący dla różnych organizacji rządowych i komercyjnych. Tak więc państwowa korporacja „Rosatom” oraz niektóre duże organizacje państwowe i komercyjne są zainteresowane uzyskaniem komputerów kwantowych. Dyskutowana jest możliwość ich wprowadzenia w przemyśle obronnym – ale konkretne przedsiębiorstwa nie zostały jeszcze wymienione. Podobno takie problemy zostaną rozwiązane w przyszłości, po pojawieniu się gotowych prototypów.
Zastosowane zadania
Główną przewagą komputerów kwantowych nad tradycyjnymi systemami jest ich zwiększona wydajność. Dzięki temu maszynę kwantową można wykorzystać do szybszych obliczeń lub do wykonania konkretnej pracy, w której użycie innych środków jest niepraktyczne.
Lockheed Martin od kilku lat zajmuje się obliczeniami kwantowymi. Nie ujawniono szczegółowych informacji o postępach takich prac, ich realnych zadaniach i osiągniętych sukcesach. Jednocześnie opublikowano ogólne dane dotyczące celów i perspektyw kierunku, co pozwala na wyciągnięcie różnych wniosków.
Oficjalne zasoby firmy wspominają o wykorzystaniu komputerów firmy D-Wave Systems jako narzędzia do weryfikacji oprogramowania. Podczas pisania oprogramowania możliwe są pewne błędy, których wyszukiwanie i poprawianie zajmuje dużo czasu i zasobów programisty. Szybki komputer kwantowy może przetestować program w minimalnym czasie i zidentyfikować istniejące problemy. W niektórych przypadkach informatyka kwantowa jest w stanie poradzić sobie z zadaniami, które są praktycznie nierozwiązywalne dla systemów o innych architekturach.
Przegląd kodu może być używany w różnych dziedzinach. Jako przykład podano rozwój oprogramowania dla techniki lotniczej. Komputer kwantowy przyspieszy proces testowania i ulepszania programów, a do testów zostanie wydany gotowy i bezpieczny samolot. Szybkie komputery nadają się również do obliczeń w przemyśle kosmicznym. W ciągu kilku milisekund D-Wave Two jest w stanie obliczyć wiele trajektorii statku i wybrać optymalną.
Problemy z wydajnością
Lockheed Martin ma tylko systemy kwantowe o ograniczonych możliwościach – komputery firmy D-Wave rozwiązują tylko wąski zakres problemów. W przyszłości spodziewane jest pojawienie się uniwersalnych systemów o szerokich obszarach zastosowań, co umożliwi pełniejsze wykorzystanie możliwej prędkości.
W różnych obszarach przemysłu obronnego wymagane jest szybkie przetwarzanie dużych ilości danych lub wykonywanie skomplikowanych obliczeń. Wprowadzenie komputerów kwantowych uprości tworzenie oprogramowania, przyspieszy projektowanie różnych struktur i zmniejszy liczbę wymaganych testów terenowych. Wysoka wydajność może przydać się przy tworzeniu systemów ze sztuczną inteligencją do różnych celów – obszarem tym zajmują się również przedsiębiorstwa wojskowe i obronne.
Ogólnie rzecz biorąc, komputery kwantowe, a także komputery ogólnego przeznaczenia lub specjalistyczne, cieszą się dużym zainteresowaniem i mogą znaleźć zastosowanie w różnych dziedzinach. Wprowadzenie takich systemów, zgodnie z oczekiwaniami, rozpoczęło się od sektora obronnego i najprawdopodobniej będzie liderem w rozwoju nowszych technologii i konstrukcji. Oczekuje się, że całkowicie nowe sposoby informatyki poważnie wpłyną na przemysł i wojsko, ale jak szybko pojawią się takie wyniki i jakie zmiany do tego doprowadzą, nie jest jeszcze jasne.
