Zinātniskās organizācijas no dažādām valstīm strādā pie tā, lai izveidotu t.s. kvantu datori. Īpašas arhitektūras ierīcēm vajadzētu parādīt paaugstinātu veiktspēju un vienkāršot vairāku uzdevumu risināšanu. Ir pilnīgi dabiski, ka militārā un aizsardzības nozare jau ir ieinteresēta šādās tehnoloģijās.
Īstenošanas process
Pirmie tirgū parādījās Kanādas uzņēmuma D-Wave Systems kvantu datori. Kopš 2007. gada tā ir ieviesusi virkni procesoru, kuru pamatā ir atšķirīgs kubitu skaits ar dažādām iespējām. Šajā gadījumā mēs nerunājam par pilnvērtīgu universālu datoru, bet gan par specializētu sistēmu īpašu problēmu risināšanai. Tomēr šajā gadījumā tika parādīts pārākums pār "klasiskās" arhitektūras sistēmām.
2011. gadā tika ieviests 128 kubitu D-Wave One dators, kas spēj veikt tikai diskrētu optimizāciju. Drīz vien ar Lockheed Martin tika noslēgts līgums vairāk nekā 10 miljonu dolāru vērtībā par vienas mašīnas piegādi un turpmāko apkopi. Saziņā klientu organizācija norādīja, ka dators tiks izmantots, lai atrisinātu vissarežģītākās problēmas un problēmas programmatūras jomā.
2013. gadā Lockheed-Martin pasūtīja jaunāku datoru D-Wave Two ar 512 kubitu procesoru. Nākamais dators, otrā tipa, tika pārdots organizāciju grupai, kuru vadīja NASA kopīgam projektam. Trešais līgums ar Lockheed Martin tika parakstīts 2015. gadā un paredzēja D-Wave 2X produkta piegādi, kuram ir 1152 kubiti. Citi klienti ir NASA un Los Alamos Nacionālā laboratorija. 2017. gada sākumā sākās D -Wave 2000Q datora (2048 kubiti) pārdošana - viņi atkal sāka interesēties par NASA un ar to saistītajām organizācijām. Šogad tirgū ienāk Advantage sistēma (5640 kubīti).
Jūnijā kļuva zināms, ka USC-Lockheed Martin kvantu skaitļošanas centrs, kura pamatā ir USC Viterbi tehnikums, tuvākajā laikā saņems Advantage datoru. Paredzams, ka jaudīgākas mašīnas saņemšana paplašinās centra iespējas veikt pētījumus un izveidot praktiskas sistēmas. Turklāt jaunais dators tiks iekļauts Leap kvantu mākoņu kompleksā.
Neskatoties uz kritiku un ierobežotajām iespējām, kvantu datori no D-Wave Systems ir noslēgti ar vairākiem līgumiem un tiek izmantoti dažādās organizācijās gandrīz 10 gadus. Galvenais šāda aprīkojuma klients bija Lockheed Martin, viena no lielākajām aizsardzības nozares organizācijām, kas darbojas visās lielākajās jomās. Tāpat zinātnes un pētniecības organizācijas, t.sk. strādā lietišķajā jomā.
Nākotne no DARPA
Šā gada martā aģentūra DARPA uzsāka savu kvantu datora projektu. Programmas ONISQ (Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum) ietvaros plānots izstrādāt vispārīgus jautājumus par jaunu datoru izveidi, un pēc tam izveidot gatavus paraugus. Darbā ir iesaistītas septiņas "komandas", kurās piedalās zinātniskās un dizaina organizācijas.
ONISQ pirmais posms ilgs pusotru gadu, tā ietvaros ir jāizstrādā metodes un algoritmi kombinatoriskās optimizācijas problēmu risināšanai. Tad sāksies otrais posms, kura mērķis būs uzlabot izveidotos produktus un programmas. Programmas rezultāti var tikt izmantoti gan militārajā, gan civilajā jomā.
DARPA ņem vērā, ka universāla kvantu datora izveide ir ārkārtīgi grūts uzdevums, un tāpēc pagaidām viņi izvirza pieticīgākus mērķus. Jo īpaši ir atļauts izveidot kvantu sistēmas simulatorus, kuru pamatā ir "parasts" dators, vai izstrādāt hibrīda arhitektūru ar ierobežotu skaitu kubitu.
Krievijas perspektīva
Citās valstīs, t.sk. Krievijā kvantu skaitļošanas attīstība joprojām atpaliek. Ir pieejami un tiek izmantoti simulatori un prototipi ar nelielu skaitu kubitu, taču komerciālā pārdošana un masveida ieviešana vēl ir tālu. Tomēr tiek veikti nepieciešamie pasākumi, un vēlamie rezultāti parādīsies tuvākajā nākotnē.
Piemēram, 2018. gadā Krievijas Papildu pētījumu fonds uzsāka projektu "Kvantu skaitļošanas optiskās sistēmas". Šī darba ietvaros 2018.-2021. bija paredzēts izveidot datoru demonstrētājus ar 50 kubitiem, pamatojoties uz neitrāliem atomiem un integrētām optiskajām shēmām. Projekta galvenais izpildītājs ir Maskavas Valsts universitāte, un darbā iesaistītas arī vairākas citas organizācijas.
Darbs vēl nav pabeigts, bet jau tiek plānots ieviest jaunas tehnoloģijas. Kvantu skaitļošana ir viena no daudzsološajām digitālās ekonomikas valsts programmas jomām. Pamatā jauni datori ar paaugstinātu veiktspēju tiks izmantoti dažādās rūpniecības un ekonomikas jomās. Nākotnē tiek piedāvāts izveidot kvantu šifrēšanas līdzekļus ar paaugstinātu stabilitāti.
Pašreizējais projekts interesē dažādas valdības un komerciālas organizācijas. Tādējādi valsts korporācija "Rosatom" un dažas lielas valsts un komerciālas organizācijas ir ieinteresētas iegūt kvantu datorus. Tiek apspriesta to ieviešanas iespēja aizsardzības nozarē, taču konkrēti uzņēmumi vēl nav nosaukti. Acīmredzot šādi jautājumi tiks atrisināti nākotnē, pēc gatavu prototipu parādīšanās.
Lietišķie uzdevumi
Galvenā kvantu datoru priekšrocība salīdzinājumā ar tradicionālajām sistēmām ir to uzlabotā veiktspēja. Pateicoties tam, kvantu mašīnu var izmantot, lai veiktu ātrākus aprēķinus vai veiktu konkrētus darbus, kuros citu līdzekļu izmantošana ir nepraktiska.
Lockheed Martin jau vairākus gadus nodarbojas ar kvantu skaitļošanu. Sīkāka informācija par šādu darbu gaitu, to reālajiem uzdevumiem un sasniegtajiem panākumiem netika izpausta. Tajā pašā laikā ir publicēti vispārīgi dati par virziena mērķiem un perspektīvām, kas ļauj izdarīt dažādus secinājumus.
Uzņēmuma oficiālajos resursos kā programmatūras verifikācijas rīks ir minēts D-Wave Systems datoru izmantošana. Rakstot programmatūru, ir iespējamas noteiktas kļūdas, kuru meklēšana un labošana aizņem daudz izstrādātāja laika un resursu. Ātrgaitas kvantu dators var pārbaudīt programmu minimālā laikā un identificēt visas esošās problēmas. Dažos gadījumos kvantu skaitļošana spēj tikt galā ar uzdevumiem, kas praktiski nav atrisināmi sistēmām ar citu arhitektūru.
Koda pārskatīšanu var izmantot dažādās jomās. Kā piemērs ir sniegta programmatūras izstrāde aviācijas tehnoloģijām. Kvantu dators paātrinās programmu pārbaudes un uzlabošanas procesu, un testēšanai tiks izlaista gatava un droša lidmašīna. Ātrgaitas datori ir piemēroti arī aprēķiniem kosmosa nozarē. Dažu milisekunžu laikā D-Wave Two spēj aprēķināt daudzas kuģa trajektorijas un izvēlēties optimālo.
Veiktspējas problēmas
Lockheed Martin ir tikai kvantu sistēmas ar ierobežotām iespējām - D -Wave datori atrisina tikai šauru problēmu loku. Nākotnē ir sagaidāma universālu sistēmu parādīšanās ar plašām pielietojuma jomām, un tas ļaus pilnīgāk izmantot iespējamo ātrumu.
Dažādās aizsardzības nozares jomās ir nepieciešama ātra lielu datu apjomu apstrāde vai sarežģītu aprēķinu veikšana. Kvantu datoru ieviešana vienkāršos programmatūras izstrādi, paātrinās dažādu struktūru projektēšanu un samazinās nepieciešamo lauka pārbaužu skaitu. Augsta veiktspēja var būt noderīga, veidojot sistēmas ar mākslīgo intelektu dažādiem mērķiem - šī joma interesē arī militāros un aizsardzības uzņēmumus.
Kopumā kvantu skaitļošana, kā arī vispārējas nozīmes vai specializēti datori rada lielu interesi un var atrast pielietojumu dažādās jomās. Šādu sistēmu ieviešana, kā gaidīts, sākās ar aizsardzības nozari, un, visticamāk, tā būs līderis jaunāku tehnoloģiju un dizainu izstrādē. Paredzams, ka principiāli jaunie skaitļošanas līdzekļi nopietni ietekmēs nozari un armiju, taču tas, cik ātri šādi rezultāti parādīsies un kādas izmaiņas to novedīs, vēl nav skaidrs.
