Πώς θα ξεπεράσει τις προκλήσεις ο κβαντικός υπολογιστής στο εγγύς μέλλον;

By | January 13, 2024

Ο Andrew Lord, Ανώτερος Διευθυντής Έρευνας Οπτικών Δικτύων στο BT, εξηγεί πώς θα μπορούσαν να επιλυθούν σημαντικές προκλήσεις σε διάφορους τομείς με τον κβαντικό υπολογισμό στο εγγύς μέλλον.

Κάθε χρόνο που περνά, η κβαντική υπολογιστική του εγγύς μέλλον πλησιάζει όλο και περισσότερο στην εφαρμογή της στον σύγχρονο ψηφιακό κόσμο. Μέχρι σήμερα, σημαντικές επενδύσεις έχουν γίνει στην έρευνα και τη δημιουργία πρωτοτύπων, προσελκύοντας την προσοχή από τις κυβερνήσεις, τους ειδικούς κρυπτολογίας, τις επιχειρήσεις και τον κλάδο της κυβερνοασφάλειας.

Ο κβαντικός υπολογιστής μπορεί να εκτελέσει υπολογισμούς σε πολλές πληροφορίες ταυτόχρονα, επιλύοντας προβλήματα που δεν είναι εφικτά από τους συμβατικούς υπολογιστές. Αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ικανότητα επίλυσης προκλήσεων που σήμερα θεωρούνται δυσεπίλυτες λόγω της εγγενούς πολυπλοκότητάς τους. Η μέτρηση και η ανάλυση τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων υγείας για να καταστεί δυνατή η προληπτική δράση είναι μόνο ένα παράδειγμα ενός πεδίου που σύντομα θα μπορούσε να μεταμορφωθεί δραματικά από τον κβαντικό υπολογισμό.

Ωστόσο, ο κβαντικός υπολογιστής εγείρει επίσης σοβαρά και βαθιά ερωτήματα: πρωτίστως την πιθανή απειλή του για πολλά από τα τρέχοντα πλαίσια ασφάλειας πληροφοριών που προστατεύουν τα δεδομένα μας σήμερα. Ο κβαντικός υπολογισμός του κοντινού μέλλοντος θα μπορούσε ενδεχομένως να αποκρυπτογραφήσει τα μαθηματικά πίσω από μεγάλο μέρος της σημερινής κρυπτογραφίας που χρησιμοποιείται για την ασφάλεια των δικτύων. Η κρυπτογράφηση διασφαλίζει την ασφάλεια των τραπεζικών λογαριασμών και των συναλλαγών, το απόρρητο των ιατρικών αρχείων, τα εμπορικά μυστικά και τα μυστικά εθνικής ασφάλειας και πολλές άλλες πτυχές της καθημερινής ζωής.

Αλλά αυτό δεν είναι μόνο ένα πρόβλημα για το μέλλον. Η διασφάλιση της κρυπτογραφημένης κυκλοφορίας είναι ένα πιεστικό ζήτημα, επειδή τα δεδομένα που απαιτούν μακροπρόθεσμη ασφάλεια ενδέχεται να κινδυνεύουν από επιθέσεις “αποθηκεύστε σήμερα, σπάστε αργότερα”, στις οποίες τα βασικά δεδομένα αποθηκεύονται τώρα και καταστρέφονται όταν είναι διαθέσιμος ένας αρκετά ισχυρός κβαντικός υπολογιστής. Αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις για βιομηχανίες με εξαιρετικά ευαίσθητα και ανθεκτικά δεδομένα, τα οποία θα διατρέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο εκμετάλλευσης από τους επιτιθέμενους.

Το κβάντο συναντά το κβάντο

Ευτυχώς, τώρα είναι η ώρα να αποφύγουμε αυτή και άλλες παρόμοιες απειλές. Χρησιμοποιώντας αρχές ασφαλείας που βασίζονται στη διανομή κβαντικού κλειδιού, για παράδειγμα, είναι δυνατό να προστατεύσουμε ευαίσθητα επιχειρηματικά και προσωπικά δεδομένα σήμερα και να τα προστατεύσουμε από επιθέσεις από κβαντικούς υπολογιστές στο μέλλον. Οι δυνατότητες του κβαντικού υπολογισμού του κοντινού μέλλοντος είναι τόσο του επιτιθέμενου όσο και του αμυντικού.

Βασικά, αυτή η ταχέως αναδυόμενη τεχνολογία έχει μια σειρά από οφέλη για μια σειρά βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένων των χρηματοοικονομικών υπηρεσιών, των επαγγελματικών υπηρεσιών, της υγειονομικής περίθαλψης και των βιοεπιστημών, της κυβέρνησης και της μεταποίησης, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να μετατοπίσει στρατηγικούς στόχους όσον αφορά την εθνική ασφάλεια.

Αλλά πρώτα, κάποιο πλαίσιο

Με απλά λόγια, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν τους νόμους της κβαντικής μηχανικής για να λύσουν προβλήματα που είναι πολύ περίπλοκα για τους συμβατικούς υπολογιστές. Η γλώσσα των σημερινών υπολογιστών αποτελείται από δυαδικά «bits». Όλα τα δεδομένα μειώνονται σε ένα ή ένα μηδέν – ένα “ναι” ή ένα “όχι”, ένα “off” ή ένα “on”.

Αυτό περιορίζει θεμελιωδώς τις ικανότητές τους στην επίλυση προβλημάτων. Αντίθετα, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν κβαντικά bit ή “qubits”, τα οποία μπορούν να υπάρχουν σε κατάσταση μηδέν και μία ταυτόχρονα, αυξάνοντας ριζικά τη δυνητική ισχύ επεξεργασίας δεδομένων. Ο κβαντικός υπολογισμός μπορεί να θεωρηθεί ως μια διαδικασία κατά την οποία οι υπολογισμοί δεν διαδέχονται ο ένας τον άλλον όπως συμβαίνει στον κλασικό υπολογισμό, αλλά εκτελούνται ταυτόχρονα.

Ως εκ τούτου, ο κβαντικός υπολογισμός του εγγύς μέλλοντος έχει τη δυνατότητα να ξεκλειδώσει μέχρι πρότινος ασύλληπτα επίπεδα επεξεργαστικής ισχύος. Χρησιμοποιώντας qubits, οι υπολογισμοί μπορούν θεωρητικά να γίνουν σε χρόνο που θα μπορούσε να πάρει χρόνια ένας παραδοσιακός υπολογιστής.

© Shutterstock/Andrey Suslov

Τα «άλυτα προβλήματα» που σχεδιάστηκαν να επιλύουν οι κβαντικοί υπολογιστές – από την κρυπτογράφηση δεδομένων και την ασφάλεια στον κυβερνοχώρο έως την προηγμένη εφοδιαστική αλυσίδα εφοδιασμού έως την εκθετικά ταχύτερη ανάλυση δεδομένων – έχουν πολλές μεταβλητές που αλληλεπιδρούν με πολύπλοκους τρόπους.

Για το λόγο αυτό, οι κυβερνήσεις καθώς και αρκετοί τομείς παγκοσμίως ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για αυτή την τεχνολογία.

Στο ΗΒ, η κυβέρνηση έχει σαφή φιλοδοξία (όπως ορίζεται στην Εθνική Κβαντική Στρατηγική) να αναπτύξει μια οικονομία του Ηνωμένου Βασιλείου με δυνατότητα κβαντικής τεχνολογίας, στην οποία οι κβαντικές τεχνολογίες θα γίνουν αναπόσπαστο μέρος της ψηφιακής ραχοκοκαλιάς του ΗΒ.

Αυτό θα ξεκλειδώσει την καινοτομία για να οδηγήσει την ανάπτυξη και θα βοηθήσει στην οικοδόμηση μιας ευημερούσας και ανθεκτικής οικονομίας, ενώ θα προσέφερε σημαντική αξία στην ευημερία και την ασφάλεια του Ηνωμένου Βασιλείου. Αν κοιτάξουμε την Ευρώπη, βλέπουμε ότι έχει ήδη δεσμευτεί για τη δημιουργία εθνικών και πανευρωπαϊκών κβαντικών δικτύων και είμαστε ευτυχείς που βλέπουμε ότι η κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου σκέφτεται να δημιουργήσει ένα εθνικό δίκτυο.

Οι κβαντικοί υπολογιστές στο εγγύς μέλλον μπορούν να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση των κοινωνικών προκλήσεων

Η κβαντική προσομοίωση είναι ένας τομέας όπου ο κβαντικός υπολογισμός στο εγγύς μέλλον αναμένεται να έχει σημαντικό αντίκτυπο. Σε αυτήν την εφαρμογή, ο κβαντικός υπολογισμός μοντελοποιεί πολύπλοκα μόρια και προσομοιώνει τις αλληλεπιδράσεις και τα αποτελέσματά τους. Αυτές οι προσομοιώσεις θα μπορούσαν να μειώσουν ριζικά τον χρόνο που χρειάζεται για τις χημικές και φαρμακευτικές εταιρείες να αναπτύξουν νέα φάρμακα και θεραπείες.

Ωστόσο, αυτή η ικανότητα είναι πέρα ​​από τα όρια των παραδοσιακών υπολογιστών, καθώς δεν μπορούν να παρέχουν ακριβείς προσομοιώσεις επειδή κάθε άτομο αλληλεπιδρά με άλλα άτομα με πολύπλοκους τρόπους. Πολλοί ερευνητές στρέφονται στους κβαντικούς υπολογιστές, επειδή είναι αρκετά ισχυροί ώστε να μοντελοποιούν ακόμη και τα πιο πολύπλοκα μόρια στο ανθρώπινο σώμα.

Ως αποτέλεσμα, ο τομέας της υγειονομικής περίθαλψης θα μπορούσε να βρίσκεται στα πρόθυρα ταχύτερων κύκλων ανάπτυξης φαρμάκων και μετασχηματιστικών νέων θεραπειών, οι οποίες είναι απαραίτητες σε σενάρια που μοιάζουν με πανδημία. Εάν οι κβαντικοί υπολογιστές ήταν διαθέσιμοι και χρησιμοποιήθηκαν ως μέρος του προγράμματος ανάπτυξης εμβολίου Covid-19, πιστεύεται ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να προσομοιώσει χημικές αντιδράσεις σε μοριακό επίπεδο, περιορίζοντας γρήγορα τους πιθανούς υποψήφιους για το εμβόλιο κατά 10.000 μερικές δεκάδες.

Η βελτιστοποίηση και η έρευνα είναι μια άλλη κρίσιμη επιχειρηματική υπόθεση που θα μπορούσε να ωφεληθεί από τον κβαντικό υπολογισμό στο εγγύς μέλλον. Σχεδόν κάθε κλάδος εξαρτάται από τη βελτιστοποίηση με τη μία ή την άλλη μορφή. Ωστόσο, υπάρχουν σχεδόν ατελείωτα ερωτήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν για τη βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητας και της δημιουργίας αξίας σε μια επιχείρηση, όπως το πού να δοθεί προτεραιότητα στον αυτοματισμό στη γραμμή παραγωγής. Ποια είναι η πιο άμεση διαδρομή για αυτόν τον στόλο παράδοσης;

Ωστόσο, ο παραδοσιακός υπολογισμός περιορίζεται μόνο στην εκτέλεση πολύπλοκων υπολογισμών με διαδοχικό τρόπο. Αυτή είναι μια χρονοβόρα και δαπανηρή διαδικασία δεδομένων των πολλών μεταβλητών σε οποιαδήποτε κατάσταση. Δεδομένου ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να λειτουργούν με πολλές μεταβλητές ταυτόχρονα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να περιορίσουν γρήγορα το εύρος των πιθανών αποκρίσεων. Σε αυτό το σημείο, ο παραδοσιακός υπολογισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επικεντρωθεί σε μια συγκεκριμένη απάντηση.

Ο κβαντικός υπολογισμός του εγγύς μέλλοντος έχει επίσης τη δυνατότητα να συνεργαστεί με προηγμένους αλγόριθμους, μεταμορφώνοντας τη μηχανική μάθηση σε μια σειρά διαφορετικών τομέων και πεδίων, όπως η επιστήμη του κλίματος και η αυτοκινητοβιομηχανία.

Για παράδειγμα, ο κβαντικός υπολογισμός φαίνεται έτοιμος να επιταχύνει την παράδοση αυτόνομων οχημάτων. Εταιρείες όπως η Ford και η Volkswagen, καθώς και πολλές startups κινητικότητας, μεταδίδουν δεδομένα βίντεο και εικόνων μέσω πολύπλοκων νευρωνικών δικτύων για να αξιοποιήσουν την τεχνητή νοημοσύνη για να εκπαιδεύσουν ένα αυτοκίνητο να λαμβάνει αποφάσεις. Η μοναδική ικανότητα των κβαντικών υπολογιστών να εκτελούν ταυτόχρονα πολλαπλούς σύνθετους υπολογισμούς με πολλές μεταβλητές επιτρέπει την ταχύτερη εκπαίδευση των μελλοντικών συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης.

Quantum: το επόμενο σύνορο της κυβερνοασφάλειας

Σήμερα, οι κυβερνήσεις και οι επιχειρήσεις σε όλο τον κόσμο επενδύουν δισεκατομμύρια δολάρια στην κβαντική έρευνα και ανάπτυξη, και με την πρόοδο που σημειώνεται καθημερινά, η πρακτική εφαρμογή των κβαντικών τεχνολογιών αυξάνεται.

Στον Όμιλο BT, βρισκόμαστε σε ένα κβαντικό ταξίδι. Σήμερα, εργαζόμαστε σε όλο το φάσμα των κβαντικών τεχνολογιών, από τις κβαντικές επικοινωνίες και τους κβαντικούς υπολογιστές έως την ανίχνευση και τον συγχρονισμό, για να εξερευνήσουμε εφαρμογές του πραγματικού κόσμου.

Διερευνούμε επίσης τις δυνατότητες της κβαντικής τεχνολογίας για την παροχή ασφαλών συνδέσεων και επικοινωνιών για ορισμένους από τους πιο ευαίσθητους στην ασφάλεια τομείς και βιομηχανίες. Για παράδειγμα, πέρυσι ξεκινήσαμε μια «πρώτη στον κόσμο» εμπορική δοκιμή ενός κβαντικού-ασφαλούς δικτύου μετρό στο Λονδίνο, με την EY να γίνεται ο πρώτος πελάτης και η HSBC να προσχωρεί πρόσφατα.

Έννοια ασφάλειας στον κυβερνοχώρο Σύμβολο κλειδώματος γραμμών και τριγώνων, σημείο
© Shutterstock/Illus_man

Το δίκτυο μπορεί να συνδέσει πολλούς πελάτες σε όλο το Λονδίνο, βοηθώντας τους να εξασφαλίσουν τη μετάδοση πολύτιμων δεδομένων και πληροφοριών μεταξύ πολλαπλών φυσικών τοποθεσιών χρησιμοποιώντας την Quantum Key Distribution (QKD). Το δίκτυο του Λονδίνου αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς την οικοδόμηση ενός εθνικού δικτύου επικοινωνιών με κβαντική ασφάλεια.

Για την κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου, η οποία πολύ πρόσφατα περιέγραψε τις φιλοδοξίες της να αναπτύξει μια κβαντική ψηφιακή οικονομία, μια τέτοια περίπτωση χρήσης είναι ένα σαφές παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο η επιστήμη και η τεχνολογία μπορούν να λύσουν με επιτυχία ορισμένες από τις μεγάλες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η κοινωνία. καλύτερα κρυπτογραφημένες και πλήρως ασφαλείς επικοινωνίες.

Η συνεχής έρευνα και οι επενδύσεις στην κβαντική τεχνολογία, όπου η κυβέρνηση, η βιομηχανία και ο ακαδημαϊκός κόσμος ενώνονται για να λύσουν προβλήματα του πραγματικού κόσμου, είναι κρίσιμης σημασίας για την ανάπτυξη του κβαντικού υπολογισμού στο εγγύς μέλλον.

Κβαντικοί υπολογιστές: καθιστώντας το αδύνατο δυνατό

Δεν είναι υπερβολή να πούμε ότι όλοι οι τομείς, από τη μηχανική έως την ιατρική, την υγειονομική περίθαλψη, τη μεταποίηση, τα χρηματοοικονομικά και την ασφάλεια στον κυβερνοχώρο, θα επηρεαστούν σημαντικά από τις τεχνολογικές εξελίξεις που θα γίνουν τα επόμενα χρόνια.

Ενώ ο κλάδος βρίσκεται ακόμη στα πρώτα στάδια της αξιοποίησης του δυναμικού της κβαντικής τεχνολογίας, αρκετοί βασικοί καινοτόμοι δημιουργούν τη δυναμική που απαιτείται για να καταστήσουν ορισμένες τεχνολογίες, όπως η ασφαλής κβαντική επικοινωνία, βιώσιμες σε μεγάλη εμπορική κλίμακα το συντομότερο δυνατό.

Εγγραφείτε στο ενημερωτικό μας δελτίο

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *