Kako će kvantno računalstvo transformirati državni IT


Američka vlada ulaže velika ulaganja u kvantnu tehnologiju. Godine 2020. Ministarstvo energetike uložilo je 625 milijuna dolara u multidisciplinarne centre za kvantne informacijske znanosti kao potporu Nacionalna kvantna inicijativa. Bidenova administracija podržava zakon koji bi potrošio više od 100 milijardi dolara za napredak tehnologije u nastajanjuuključujući kvantno računanje.

Postoji dobar razlog za ova ulaganja. The Nacionalni centar za protuobavještajno i sigurnosno djelovanje identificirao je kvantno računalstvo kao jedan od strateških tehnoloških sektora u kojem se SAD suočava sa sve većim izazovima s rastuće liste zemalja. Svi su u utrci za vodstvo zbog vojnih i ekonomskih koristi koje ove tehnologije obećavaju, kao i zbog kvantnih rizika kibernetičke sigurnosti.

Kvantni razvoj i komercijalizacija već su u tijeku, a sve veće investicije i intenzivna suradnja između vlade, privatnih poduzeća i akademskih institucija već pokazuju značajne rezultate. Implikacije ove nove tehnologije su duboke za sve državne i javne sektore. Vlada i industrija prepoznaju da kvantno računalstvo više nije teoretska, laboratorijska tehnologija, već tehnologija koja pruža korisnu poslovnu vrijednost danasčak i prije “kvantne prednosti”.

Kvantne osnove

Kvantna računala rješavaju probleme drugačije od klasičnih računala. Oni iskorištavaju svojstva kvantnih stanja kao što su superpozicija, zapetljanost i interferencija za simulaciju scenarija stvarnog svijeta u n-dimenzionalnom prostoru. Također izvode izračune s većim kapacitetom podataka, povećanom preciznošću rezultata i obećanjem veće brzine obrade.

Gdje klasično računalstvo daje samo jedan “najbolji” odgovor, kvantna računala daju više različitih rezultata. Za vlade to znači sposobnost rješavanja svojih najsloženijih problema definiranjem utjecaja između različitih scenarija i odabirom rješenja koje je najbolje optimizirano za svaku situaciju. Mogućnost rješavanja složenih problema s boljim rezultatima u djeliću vremena i s djelićem resursa pruža goleme mogućnosti zemljama koje mogu iskoristiti moć kvantnog računanja. Međutim, nemojte pogriješiti, kvantno računalstvo neće eliminirati potrebu za klasičnim računalstvom. Zapravo, hibridni model rješavanja problema s kvantnim i klasičnim pristupom dat će bolje odgovore u određenim slučajevima upotrebe nego što bi to bilo koja računalna tehnologija mogla učiniti sama.

Kvantno računalstvo je potpuno drugačija paradigma i za hardver i za softver. Razvoj kvantnih programa korištenjem trenutnih SDK-ova zahtijeva značajnu kvantnu stručnost i dugotrajne vremenske okvire za stvaranje programa, algoritama i niskorazinskog kodiranja koji su potrebni da bi softver radio s jednom hardverskom platformom. To znači da samo mala elitna radna snaga ima vještine za korištenje kvantnih računala, tako da će vlada s najrazvijenijom radnom snagom i tehnologijama orijentiranim na krajnje korisnike u konačnici dominirati područjem kvantnog računanja. Kako bi prevladale ograničenja radne snage i demokratizirale pristup ovim moćnim sustavima, softverske tvrtke sada razvijaju kvantni softver spreman za rad koji stručnjaci za predmetne teme bez iskustva u kvantnom području trenutno mogu koristiti.

kibernetička sigurnost: Kvantna svemirska utrka

SAD i druge vlade trenutno se oslanjaju na matematički utemeljene tehnike asimetrične enkripcije s dva ključa. Ove kodove je gotovo nemoguće razbiti klasičnim računalima, ali će ih kvantna računala moći brzo i jednostavno razbiti, zbog njihove brzine faktoringa i sposobnosti brzog pretraživanja nesortiranih podataka. To dovodi u opasnost najkritičnije tajne nacije – i zapravo sve digitalne infrastrukture. Jedini način da se izbjegne problem je korištenje iste moćne kvantne tehnologije za razvoj novih rješenja kibernetičke sigurnosti.

Većina zemalja već radi na stvaranju sposobnosti kvantnog dešifriranja koje će otkriti najosjetljivije podatke njihovih protivnika. Vlada SAD-a klasificira sve podatke nacionalne sigurnosti koji prijete naciji ili njezinim saveznicima tijekom 25 ili više godina. Ako kvantna dešifriranje pomaže našim protivnicima da pristupe našim najosjetljivijim informacijama, to bi moglo imati razoran utjecaj na nacionalnu sigurnost.

Američke obrambene i obavještajne agencije željno ulažu u kvantne tehnologije kako bi američku vladu učinile sigurnijom i bolje zaštićenom od prijetnji operacijama i sigurnosti. Na primjer, kvantna tehnologija omogućit će optimizirano kretanje trupa za planirane i globalne potrebe na zahtjev, kao i kvantni radar koji se ne može otkriti i koji se ne izlaže napadima.

Optimizacija

Kvantno računalstvo idealno je prikladno za složene probleme optimizacije povezane s državom. To uključuje stvaranje optimiziranih ruta i rasporeda za čišćenje snijega, odvoz smeća, hitne intervencije i javni prijevoz. Kvantno računalstvo također može omogućiti velike operacije, kao što je pomoć Federalnoj agenciji za hitne slučajeve da učinkovito dodijeli resurse za hitne slučajeve pogođenim zajednicama nakon prirodne katastrofe ili čak s većom sigurnošću predvidi gdje će se katastrofa dogoditi kako bi se spriječili njezini učinci u odnosu na reaktivno reagiranje na ih.

Očekuje se da će kvantno računalstvo uvelike utjecati na mnoge znanstvene discipline, uključujući:

  • Istraživanje i razvoj lijekova i klinička ispitivanja. Razvoj novih lijekova već je u tijeku korištenjem umjetne inteligencije i računalnih simulacija koje mogu točno vizualizirati i predvidjeti učinke na pacijente. U kombinaciji s kvantnim računalstvom, razvoj i klinička ispitivanja mogu biti brži i jeftiniji bez potrebe ispitivanja na ljudskim dobrovoljcima.
  • Istraživanje okoliša i CO2 c Očekuje se da će sposobnost kvantnog računalstva simulirati kemijske reakcije nadmašuju superračunala. To će unaprijediti istraživanja i vezanja ugljika (uklanjanje ugljičnog dioksida iz atmosfere) i izravnog hvatanja zraka (hvatanje ugljičnog dioksida u zraku za uklanjanje ili proizvodnju ugljično-neutralnog goriva).

Zaključak

SAD si ne može priuštiti da zaostane za svojim partnerima i protivnicima u istraživanju novih tehnologija koje imaju široko rasprostranjene implikacije na vladine operacije. Ali sam razvoj tehnologije neće biti dovoljan za iskorištavanje prednosti novih sposobnosti niti za prevladavanje prijetnje. Država mora osigurati da razvije radnu snagu sposobnu odgovoriti na ove nove izazove. Osim toga, ove nove tehnologije moraju se mnogo brže usvojiti i integrirati u vladine operacije. Komercijalni sektor ne čeka da kvantno računalstvo postigne prednost, ali ga vlada još uvijek tretira kao više zanimljiv istraživački poduhvat nego tehnologiju koja bi se trebala početi premještati na implementaciju.

Umjetna inteligencija postoji već desetljećima, ali je vlada implementirala tek u posljednjih 10 godina zbog eksplozije podataka i naprednih računalnih sposobnosti. Ako usvojimo isti “pričekati i vidjeti” stav s kvantnim računalstvom, bojim se da nećemo znati da smo izgubili utrku s kvantnim sve dok ne bude prekasno. Nedavna državna ulaganja u kvantne tehnologije izvrstan su početak, ali moramo potaknuti izvršne agencije da danas krenu svojim putem prema kvantnoj tehnologiji. Ovo nije vrijeme kada možemo usvojiti stav “biti prvi koji će biti drugi”. Moramo biti prvi i ostati na toj poziciji.