Гонка квантових озброєнь. Яким буде наше цифрове майбутнє

Уряди країн — лідерів у технологічній та цифровій сферах (та й не тільки вони) роблять все більший наголос на розвиток штучного інтелекту (ШІ) та посилення потужності комп'ютерних систем, щоб прискорити обробку великих обсягів даних.

Способи ведення війни – відкритої, гібридної чи позиційної – змінюються у бік автоматизації та автономності.

Наприклад, повітряні, наземні чи наводні/підводні БПЛА – це вже нова реальність. Нікого не здивувати сьогодні "байрактарами" на Донеччині. А ось їх числом та злагодженістю у діях — так. Не йдеться про використання одного безпілотника або навіть кількох — тепер вони здатні діяти роями.

Для організації взаємодії такого рівня людського розуму чи кількох уже не вистачить. Тому збройні сили США, наприклад, влітку минулого року почали відпрацьовувати одночасне використання безлічі повітряних та наземних дронів у рамках контртерористичної навчальної місії під Сієтлом.

І керувати дронами було доручено штучному інтелекту, здатному протягом секунд ухвалити рішення та дати "команду" всім задіяним безпілотникам.

Яким би не був унікальним мозок людини, нам недоступна, принаймні поки що, така швидкість в аналізі ситуації та прийнятті рішення. Тому настільки стрімко зростає попит на нові технології, а разом з ним і вливання у науку та технології.

Крім суто військового аспекту, поштовх розвитку технологій дає і фактор розвідки. Тобто запит на розширення інструментарію спецслужб, оскільки гібридні війни сьогодні все частіше ведуться у кіберпросторі.

Масиви даних, які потрібно обробляти спецслужбам, просто колосальні. Щодня людство виробляє приблизно 2,5 ексабайта даних (понад мільйон терабайт), тобто близько 250 тис. бібліотек Конгресу США. Загалом у 2020 р. загальний обсяг згенерованих нами даних досяг 64,2 зетабайта (64,2 млрд терабайт).

Для профанів звучить моторошно та фантастично. Але такою є цифрова реальність сьогоднішнього світу. І для її існування та осмислення необхідні неймовірні потужності.

З одного боку, згідно із законом Мура, кількість транзисторів на кристалі мікропроцесора кожні два роки подвоюється. Проте з урахуванням нинішніх технологій виробники досягли стелі можливостей щодо розмірів транзисторів.

Отже, ми потребуємо вже нової, революційно нової системи збору та аналізу даних. І тут на допомогу приходять квантові комп'ютери.

Пророк Фейман

Ідею створити новий, неймовірно потужний комп'ютер науковій спільноті у 1980-х запропонував знаменитий фізик Річард Фейман.

Лауреат Нобелівської премії заявив, що у цифрових комп'ютерів просто не вистачить потужності для чисельного моделювання простих квантових систем, тому є сенс задуматися над нечисленним методом моделювання на аналоговому квантовому комп'ютері.

Пройшло більше 15 років, перш ніж світ у 1998 році побачив перший квантовий комп'ютер. Ним став двокубітний пристрій, яким користувалися співробітники Оксфордського, Стенфордського, Каліфорнійського університетів, Массачусетського технологічного інституту та дослідницького центру IBM.

Перш ніж перейти до подальшого розвитку квантових комп'ютерів, слід пояснити, що взагалі таке квантові комп'ютери, кубіти і з чим їх "їдять".

Отже. Квантовий комп'ютер включає три складові: пристрій з кубітами, метод виконання квантових операцій над кубітами та їх вимір і, власне, звичайний - класичний - комп'ютер із софтом для відправлення інструкцій.

Кубіт – це одиниця інформації. Його одержують із тендітного квантового матеріалу, який дуже чутливий до зовнішнього впливу, наприклад, до тих самих землетрусів. Подолання цієї проблеми, до речі, необхідне для подальшого розвитку квантових комп'ютерів, як і ефективніші методи підрахунку кількості кубітів на "вході" і "виході" .

Але гра вартує свічок. Адже перевага кубіту перед бітами, якими оперують звичайні комп'ютерні системи, у тому, що він може одночасно мати значення і 0, і 1. Це називається квантовою суперпозицією. Тобто квантовий комп'ютер може проводити обчислення одночасно за декількома напрямками, завдяки чому квантові комп'ютери в сотні мільйонів разів швидше за потужніші цифрові комп'ютери.

Квантове змагання

Звідси такий високий інтерес до квантових комп'ютерів з боку топових техногігантів типу IBM, Google, Splunk, Honeywell, Microsoft, AWS.

До речі, IBM, яка має три десятки таких систем, у 2016 р. стала першою компанією, яка надала вченим і програмістам можливість користуватися її комп'ютером з 65-кубітним процесором.

Потужність кубітних процесорів зростатиме так само, як дедалі потужнішими стають класичні комп'ютери. До речі, IBM анонсувала створення у 2022 р. системи з 433-кубітним процесором, у 2023 р. – з 1121-кубітним.

Намагаються не відставати і китайські вчені. Вони розробили фотонний квантовий комп'ютер "Цзючжан", який за рахунок, власне, фотонів, що спрямовуються двома шляхами (квантова суперпозиція), забезпечує неймовірну швидкість обчислень — у 10 млрд разів швидше, ніж комп'ютер Sycamore компанії Google із 54-кубітним процесором.

"Цзючжан", який складається з маси оптичних пристроїв, що переміщують фотони, може за 200 секунд провести обчислення, на які неквантовий або квантовий комп'ютер на надпровідниках витратили б понад пів мільярда років.

Це багатообіцяюче. Проте китайський "Цзючжан" може виконувати лише одну операцію — "вибірку бозонів". Той самий Sycamore може виконувати кілька алгоритмів одночасно.

Перспективи

Хоча в будь-якому випадку нинішні моделі, які б вони не були вражаючі, все ж таки є перехідними. Їх функціонал поки що обмежений, і вони не можуть скласти звичайним комп'ютерам конкуренцію щодо багатозадачності.

Але й сучасні комп'ютери розвивалися не за день. Всі ми пам'ятаємо і дискети, і "харддиски" обсягом 8 і 504 Мб, 40 і 1024 Гб.

Потенціал квантових комп'ютерів також зростає. І в міру того, як техногіганти на кшталт IBM вкладають у цей напрямок все більше ресурсів — людських, фінансових, тим скоріше квантові комп'ютери зможуть замінити цифрові.

Можливо, на це піде кілька десятків років, але, швидше за все, покоління міленіалів їх побачить на власні очі. І тоді прощавай звичний світ із колись спритними процесорами та відеокартами на 16 Гб.

Проти квантових "новачків" цифрові комп'ютери будуть як аналогові ENIAC проти сучасних машин, якщо не гірші.

Відповідно, весь наш цифровий світ очікують глобальні зміни. Ми спостерігатимемо якісний стрибок у розвитку машинного навчання, штучного інтелекту, який, чим чорт не жартує, у результаті зсуне нас на узбіччя еволюції; а також в аналізі даних, наприклад криптографії.

Іншими словами, маючи у своєму розпорядженні багатозадачний квантовий комп'ютер, та чи інша спецслужба зможе клацати, як горішки, чужі шифрування та системи. А це новий виток кіберескалації.

Вкрай сумнівно, що новинки швидко потраплять до рук звичайних хакерів, які б могли використовувати їх для наповнення власних електронних кишень. Але тим, хто афілійований, – працює на спецслужби, – точно пощастить більше.

І тут ми підходимо до основного. Квантовий комп'ютер – це, безперечно, неймовірний прорив. І справа часу, коли вони стануть основою цифрової безпеки та наступальних методів війни. Тому перші власники повноцінних квантових машин у найкоротші терміни виявляться на сотні кроків попереду. Тому квантові технології одержують такі величезні інвестиції. Ті, хто вкладає в них, чудово розуміють, які держави можуть стати цифровими гегемонами через десятки років.

Принаймні, допоки й інші країни "не підтягнуться". Як бачимо, локомотивами індустрії сьогодні є Сполучені Штати та Китай.