Гонка квантовых вооружений. Каким будет цифровое будущее

24.01.2022 12:14 (Оновлено 24.01.2022 в 12:14)

Правительства стран-лидеров в технологической и цифровой сферах (да и не только они) делают все больший упор на развитие искусственного интеллекта (ИИ) и усиление мощности компьютерных систем, чтобы ускорить обработку больших объемов данных.

Способы ведения войны — открытой, гибридной или позиционной — меняются в сторону автоматизации и автономности.

Например, воздушные, наземные или наводные/подводные БПЛА — это уже новая реальность. Никого не удивить сегодня "байрактарами" на Донбассе. А вот их числом и слаженностью в действиях — да. Речь уже не идет об использовании одного беспилотника или даже нескольких — теперь они способны действовать роями.

Для организации взаимодействия такого уровня человеческого разума или нескольких уже не хватит. Поэтому вооруженные силы США, к примеру, летом прошлого года начали отрабатывать одновременное использование множества воздушных и наземных дронов в рамках контртеррористической учебной миссии под Сиэтлом.

И управлять дронами было поручено искусственному интеллекту, способному в течение секунд принять решение и дать "команду" всем задействованным беспилотникам.

Как бы ни был уникален мозг человека, нам недоступна, по крайней мере пока, такая скорость в анализе ситуации и принятии решения. Поэтому столь стремительно растет спрос на новые технологии, а вместе с ним и вливания в науку и технологии.

Помимо сугубо военного аспекта толчок развитию технологий дает и фактор разведки. То есть запрос на расширение инструментария спецслужб, поскольку гибридные войны сегодня все чаще ведутся в киберпространстве.

Массивы данных, которые приходится обрабатывать спецслужбам, просто колоссальны. Ежедневно человечество производит примерно 2,5 эксабайта данных (свыше миллиона терабайт), т.е. около 250 тыс. библиотек Конгресса США. В целом же в 2020 г. общий объем сгенерированных нами данных достиг 64,2 зеттабайта (64,2 млрд терабайт).

Для профанов звучит жутковато и фантастически. Но такова цифровая реальность сегодняшнего мира. И для ее существования и осмысления необходимы невероятные мощности.

С одной стороны, согласно закону Мура, количество транзисторов на кристалле микропроцессора каждые два года удваивается. Однако с учетом нынешних технологий производители достигли потолка возможностей в плане размеров транзисторов.

Следовательно, мы нуждаемся уже в новой, революционно новой, системе сбора и анализа данных. И здесь на помощь приходят квантовые компьютеры.

Пророк Фейман

Идею создать новый, невероятно мощный компьютер научному сообществу в 1980-х предложил знаменитый физик Ричард Фейман.

Лауреат Нобелевской премии заявил, что у цифровых компьютеров попросту не хватит мощности для численного моделирования простых квантовых систем, поэтому есть резон задуматься над нечисленным методом моделирования на аналоговом квантовом компьютере.

Прошло больше 15 лет, прежде чем мир в 1998 г. увидел первый квантовый компьютер. Им стало двухкубитное устройство, которым пользовались сотрудники Оксфордского, Стэнфордского, Калифорнийского университетов, Массачусетского технологического института и исследовательского центра IBM.

Прежде, чем перейти к дальнейшему развитию квантовых компьютеров, следует пояснить, что вообще такое квантовые компьютер, кубиты и с чем их "едят".

Итак. Квантовый компьютер включает три составляющих: устройство с кубитами, метод выполнения квантовых операций над кубитами и их измерение, и, собственно, обычный — классический — компьютер с софтом для отправки инструкций.

Кубит — это единица информации. Его получают из хрупкого квантового материала, который очень чувствителен к внешнему воздействию, например, к тем же землетрясениям. Преодоление данной проблемы, к слову, необходимо для дальнейшего развития квантовых компьютеров, как и более эффективные методы подсчета числа кубитов на "входе" и на "выходе".

Но игра стоит свеч. Ведь преимущество кубита перед битами, которыми оперируют обычные компьютерные системы, состоит в том, что он может одновременно иметь значение и 0, и 1. Это называется квантовой суперпозицией. То есть, квантовый компьютер может проводить вычисления одновременно по нескольким направлениям, благодаря чему квантовые компьютеры в сотни миллионов раз быстрее мощнейших цифровых компьютеров.

Квантовое соревнование

Отсюда такой высокий интерес к квантовым компьютерам со стороны топовых техногигантов вроде IBM, Google, Splunk, Honeywell, Microsoft, AWS.

Кстати, IBM, у которой насчитывает три десятка таких систем, в 2016 г. стала первой компанией, предоставившей ученым и программистам возможность пользоваться ее компьютером с 65-кубитным процессором.

Мощность кубитных процессоров будет расти так же, как все мощнее становятся классические компьютеры. К слову, IBM анонсировала создание в 2022 г. системы с 433-кубитным процессором, в 2023 г. — с 1121-кубитным.

Стараются не отставать и китайские ученые. Они разработали фотонный квантовый компьютер "Цзючжан", который за счет, собственно, фотонов, направляемых двумя путями (квантовая суперпозиция) обеспечивает невероятную скорость вычислений — в 10 млрд раз быстрее, нежели компьютер Sycamore компании Google с 54-кубитным процессором.

"Цзючжан", который состоит из массы оптических устройств, перемещающих фотоны, может за 200 секунд провести вычисления, на которые неквантовый или квантовый компьютер на сверхпроводниках потратили бы больше полумиллиарда лет.

Это многообещающе. Однако китайский "Цзючжан" может выполнять лишь одну операцию — "выборку бозонов". Тот же Sycamore может выполнять несколько алгоритмов одновременно.

Перспективы

Хотя в любом случае, нынешние модели, как бы они ни были впечатляющи, все же являются переходными. Их функционал пока еще ограничен, и они не могут составить обычным компьютерам конкуренцию в плане многозадачности.

Но ведь и современные компьютеры развивались не за день. Все мы помним и дискеты, и "харддиски" объемом в 8 и 504 мб, 40 и 1024 Гб.

Потенциал квантовых компьютеров тоже растет. И по мере того, как техногиганты вроде IBM вкладывают в это направление все больше ресурсов — людских, финансовых, тем скорее квантовые компьютеры смогут заменить цифровые.

Возможно, на это уйдет несколько десятков лет, но, скорее всего, поколение миллениалов их увидит своими глазами. И тогда прощай, привычный мир с некогда шустрыми процессорами и видеокартами на 16 Гб.

Против квантовых "новичков" цифровые компьютеры будут как аналоговый ENIAC против современных машин, если не хуже.

Соответственно, весь наш цифровой мир ожидают глобальные изменения. Мы будем наблюдать качественный скачок в развитии машинного обучения, искусственного интеллекта, который, чем черт не шутит, в итоге задвинет нас на обочину эволюции; а также в анализе данных, например, в криптографии.

Иными словами, имея в своем распоряжении многозадачный квантовый компьютер, та или иная спецслужба сможет щелкать как орешки чужие шифровки и системы. А это новый виток киберэскалации.

Крайне сомнительно, что новинки быстро попадут в руки обычных хакеров, которые могли бы использовать их для наполнения собственных электронных карманов. Но тем, кто аффилирован — работает на спецслужбы — точно повезет больше.

И здесь мы подходим к основному. Квантовый компьютер — это, несомненно, невероятный прорыв. И дело времени, когда они станут основой цифровой безопасности и наступательных методов войны. Поэтому первые обладатели полноценных квантовых машин в кратчайшие сроки окажутся на сотни шагов впереди. Поэтому квантовые технологии получают такие огромные инвестиции. Те, кто вкладывает в них, прекрасно понимают, какие государства могут стать цифровыми гегемонами через десятки лет.

По крайней мере, до тех пор, пока и другие страны "не подтянутся". Как видим, локомотивами индустрии сегодня являются Соединенные Штаты и Китай.