Сверхдержавы, обуздавшие квантовые науки, ждут невероятные возможности. Им будут доступны такие технологии, как системы связи, которые невозможно взломать, способные видеть сквозь землю радары, и суперкомпьютеры, похожие сейчас на огромные вычислительные машины первого поколения компьютеров Ataris. Но что из этого будет достигнуто в ближайшем будущем, и какой ценой?
Вначале этого лета Пентагон объявил о начале исследований в области квантовой системы связи стоимостью 45 миллионов долларов. Между тем, Китай надеется завершить строительство крупнейшей в мире квантовой коммуникационной сети и стать первой страной, выведшей на орбиту квантовый спутник связи. Но другие исследования показывают, что квантовая связь и шифрование могут оказаться слишком сложными, чтобы оправдать усилия, в то время как квантовые вычисления буду недоступны ещё десять лет, а то и больше. (Некоторые утверждают, что это очень оптимистичные прогнозы.)
Чрезвычайно сложно проводить подобные исследования: атомные и субатомные частицы, которые ведут себя иначе, чем более крупные объекты, особенно при очень низких температурах. Квантовые объекты, когда за ними наблюдают, как правило, меняют своё поведение.
Святой Грааль прикладной квантовой науки – квантовое вычисление, которое так же отличается от обычного, как люди от медуз. В процессе обычного вычисления, используются идущие через транзисторы электрические импульсы для управления битами, или двоичными значениями единицы и нуля. Квантовые машины отслеживают странное поведение ультрахолодных атомов, которые могут существовать в двух состояниях одновременно — единица, нуль или оба сразу. Если у вас есть два квантовых бита в той же так называемой суперпозиции, то они будут атомарно связаны даже на расстоянии в один километр друг от друга. Это открывает возможности для массивных параллельных вычислений. Как бы вы это использовали? Возможно, для расшифровки кода: вы бы пробовали одну комбинацию за другой. Но если бы вы могли попробовать все возможные комбинации сразу, то получили бы правильный результат мгновенно.
«Квантовая наука может внести кардинальные изменения в области военных возможностей, — заявил заместитель министра обороны США Фрэнк Кендалл в июне, — Например, для дистанционного обнаружения подводных лодок, тоннелей и подземного оборудования … для обеспечения безопасности беспроводных коммуникаций и многого другого».
В ноябре прошлого года правительство Китая объявило о двух амбициозных проектах: строительство квантовой компьютерной сети протяжённость в две тысячи километров, простирающейся от Пекина до Шанхая, открытие которой намечено на 2016 год, и запуск квантовой спутниковой связи. Согласно заявлению заместителю директора китайской Академии наук Ванга Джанью по состоянию на февраль, оба проекта ведутся по графику.
«Примерно четверть исследований и разработок Соединенных Штатов сейчас ведутся в области квантовой науки, если основываться хотя бы на статьях научных журналов», — говорит возглавляющий научно-консультативный совет ВВС США Вернер Дам. Результаты его исследований показали, что некоторые существующие инструменты изучения квантовой науки недостаточно усовершенствованы, из-за чего возникают трудности разработок в этой области.
Одной из наиболее популярных областей инвестирования является квантовое шифрование. Оно работает как обычное доведение ключей шифра до сведения абонентов, то есть получатель сможет увидеть сообщение отправителя только после того, как они обменяются секретным криптографическим ключом. Но в отличие от некоторых криптографических решений, в этом случае никакая третья сторона не сможет проникнуть в сеть, будучи не обнаруженной. Поскольку субатомные частицы изменяются при просмотре, любая попытка перехвата сообщения будет обнаружена. В этом случае отправитель и получатель сразу будут уведомлены, что сообщения скомпрометированы.
Но другие области применения квантовой науки более перспективны. В ближайшее время ВВС США смогут отказаться от использования дорогой и устаревающей системы GPS. «Квантовые системы навигации очень высокой точностью, и они надёжны», — сказал Вернер Дам.
Действительно, прототип квантовой системы навигации и синхронизации уже существует, но он слишком большой для большинства самолетов, ракет и дронов. Для их работоспособности необходимо, что бы атомы находились на самом низком уровне энергии, а это состояние достижимо только при невероятно низких температурах — в некоторых случаях, в миллиард раз ниже, чем в космосе. Для охлаждения атомов до таких температур требуются лазеры и энергия.
Но барьеры на пути к достижению квантовых вычислений остаются, казалось бы, непреодолимыми. Вопрос написания кода для квантового компьютера по-прежнему остается основной загадочной темой.
«В то время как от аппаратной части квантовых вычислений добились существенного прогресса, даже на существующих сегодня квантовых компьютерах невозможно запустить обычные программы. Это не работает таким образом. Квантовый компьютер — это не просто обычный компьютер. Он принципиально иной. Забудьте о программном обеспечении; алгоритмы должны быть абсолютно другими», — сказал Дан.
Эта область исследований многообещающая, но остаётся мало надежд на скорые достижения. Даже гонка мировых держав в обуздании квантовой науки, вероятно, будет медленной и равномерной.
Источник: gearmix.ru.
Рейтинг публикации:
|
