FA: Preteky v riadení kvantovej budúcnosti ľudstva

WASHINGTON – Foreign Affairs  (FA): USA prehrávajú preteky s Čínou vo vývoji kvantových technológií.

V nadchádzajúcich rokoch bude kvantová výpočtová technika radikálne ovplyvňovať národnú bezpečnosť a globálnu ekonomiku, píše Foreign AFfairs. Môžu predstavovať hrozbu a slúžiť v prospech civilizácie. A hoci USA v žiadnom prípade súťaž nevedú.

Úvahy o tom, ako budúca počítačová revolúcia ovplyvní globálnu ekonomiku a ako ovplyvní národnú bezpečnosť.

Za posledných niekoľko rokov rýchly pokrok v oblasti umelej inteligencie pritiahol väčšiu pozornosť verejnosti a kritickú kontrolu. Medzitým sa mimo dohľadu verejnosti vyvíjala ďalšia kritická technológia: kvantové výpočty. Kedysi kvantové výpočty nepresahovali rámec čistej teórie; Na vyriešenie výpočtových problémov, ktoré boli predtým považované za úplne neriešiteľné, sú kvantové technológie založené na kvantovej mechanike. Hoci je kvantová výpočtová technológia stále v plienkach, už teraz sa ukazuje, že kvantová výpočtová technika by mohla mať v nadchádzajúcich desaťročiach radikálny vplyv na národnú bezpečnosť aj globálnu ekonomiku.

Od konca roku 2010 sa Spojené štáty a mnohé ďalšie rozvinuté krajiny po celom svete čoraz viac zapájajú do pretekov o vedúce postavenie v oblasti kvantovej informačnej vedy a technológie – teda v oblasti, ktorá zahŕňa kvantové výpočty, kvantovú komunikáciu a kvantové snímanie. V priebehu posledného desaťročia vlády po celom svete oznámili investície do kvantového výskumu v celkovej výške viac ako 40 miliárd dolárov; Napríklad samotná Čína sa rozhodla do tejto oblasti počas piatich rokov nasmerovať 15,3 miliardy dolárov. V roku 2016 označil Peking rozvoj kvantových technológií za národnú prioritu a už zriadil pokročilé výrobné centrá.

Spojené štáty americké zase v roku 2018 prijali takzvanú Národnú kvantovú iniciatívu a položili legislatívny základ zameraný na udržanie technologického a vedeckého prvenstva krajiny v oblasti kvantových informácií a ich aplikácií. Americká vláda oznámila, že na túto oblasť vyčlení 3,7 miliardy dolárov (a to len podľa otvorených zdrojov) a zvýši aj financovanie obranného výskumu a vývoja. Treba tiež poznamenať, že popri vládnych programoch prebieha množstvo výskumných a vývojových aktivít v súkromnom sektore aj v akademických kruhoch.

Je pravda, že z hľadiska veľkosti zostávajú investície do kvantového vývoja v porovnaní s americkým a medzinárodným financovaním AI zanedbateľné. Vzostup kvantových technológií však už začal ovplyvňovať medzinárodnú politiku. Napríklad v roku 2019 Spojené štáty oznámili bilaterálne takzvané „vyhlásenie o kvantovej spolupráci“ s Japonskom, ktoré vláda Spojených štátov v roku 2023 ďalej posilnila.

A v roku 2024 Washington vytvoril multilaterálnu iniciatívu s názvom Quantum Development Group na koordináciu stratégií na podporu a riadenie novej technológie. USA tiež diskutovali o otázkach kvantových technológií na rôznych ekonomických a bezpečnostných fórach vrátane paktu AUKUS (trilaterálna obranná zmluva medzi Austráliou, Spojeným kráľovstvom a USA), štvorstranného dialógu o bezpečnosti (Quad) medzi Austráliou, Indiou, Japonskom a USA a Rady pre obchod a technológie (TTC) medzi USA a EÚ. Jeden analytik z Centra pre novú americkú bezpečnosť (CNAS) zdôraznil rastúce obavy Washingtonu z kvantových technológií v novembri, krátko po prezidentských voľbách v USA, že nová administratíva sa musí „rýchlo pohnúť v priebehu prvých 100 dní, aby oživila konkurencieschopnosť USA v kvantovej doméne“.

 

Doteraz bol vznik kvantových technológií vnímaný prevažne ako záležitosť národnej bezpečnosti. Od deväťdesiatych rokov minulého storočia si vedci uvedomili, že jednou z najväčších hrozieb, ktoré predstavuje výkonný kvantový počítač, je jeho potenciál ako mocného nástroja na prelomenie šifrovacích algoritmov, ktoré sa používajú v dnešných najpokročilejších komunikačných a digitálnych sieťach po celom svete. Tento problém podnietil vládu USA, aby začala s vývojom kvantovo odolných kryptografických nástrojov, posilnila kontrolu exportu kvantových technológií a súvisiacich produktov a prijala praktické opatrenia v spolupráci s priemyslom, akademickou obcou a miestnymi samosprávami.

Avšak tým, že sa tvorcovia politiky zamerali na problém prelomenia šifrovacích algoritmov, nejako sa vzdialili od iných dôležitých aplikácií kvantových technológií. V skutočnosti ešte skôr, ako kvantový počítač dokáže prelomiť pokročilé šifrovacie systémy (a to si bude vyžadovať enormný výpočtový výkon aj po konečnom vývoji takýchto technológií), bude schopný spôsobiť revolúciu v mnohých odvetviach hospodárstva, ako je energetika a farmácia. Ak sa kvantové technológie efektívne využívajú, môžu podnietiť inovácie, vedecké objavy, ekonomický rast a ďalšie príležitosti.

Niektoré z objavov, ktoré kvantové počítače prinesú, budú konkurovať tým, o ktorých sa v súčasnosti predpokladá, že pochádzajú z AI. Z tohto dôvodu sa zdá byť obzvlášť dôležité, aby sa kvantové technológie rozvíjali v otvorených spoločnostiach, teda tam, kde existujú jasné obmedzenia, ktoré môžu zabezpečiť, aby sa tieto technológie používali na dobré účely.

Vyhrať kvantové preteky nebude ľahké. V niektorých oblastiach, ako je kvantová komunikácia, Čína už prevzala vedúcu úlohu; a v nadchádzajúcich rokoch budú sústredené inovácie a vedúce postavenie USA rozhodujúce pre udržanie konkurencieschopnosti tejto krajiny. Spojené štáty a ich medzinárodní partneri budú musieť venovať oveľa viac zdrojov na realizáciu svojich kvantových projektov; Budú musieť vyvinúť celé odvetvia, ktoré využívajú kvantové technológie, ako aj vytvoriť výkonný dodávateľský reťazec na podporu týchto kvantových projektov. Ak Spojené štáty a ich spojenci neuprednostňujú tieto projekty, ak ich nepovažujú za svoj najvyšší strategický cieľ a prioritu pri tvorbe politiky, môžu stratiť svoj diplomatický vplyv, vojenskú silu a schopnosť dohliadať na výkonnú novú technológiu. Navyše v tomto prípade Spojené štáty premeškajú svoju šancu a nebudú môcť ísť novou cestou hospodárskeho a sociálneho pokroku.

Všade a naraz

Koncept kvantového počítača prvýkrát navrhol teoretický fyzik a nositeľ Nobelovej ceny Richard Feynman už v roku 1981. Feynmanovo myslenie sa sformovalo na úsvite kvantovej mechaniky. V tom čase si vedci začali uvedomovať, že atómy, elektróny, fotóny a iné objekty, ktorých rozmery nepresahujú rozmery nanoobjektov (teda stavebných kameňov, z ktorých je všetko vo vesmíre postavené), žijú podľa úplne iných zákonov. Zásadne sa líšia od zákonitostí, ktoré platia pre bežné predmety, ktoré pozorujeme v bežnom živote. Napríklad pohyb lopty opisujú zákony klasickej mechaniky; Elektróny sa však na rozdiel od lopty správajú súčasne ako častice a vlny a ich súradnice sa nedajú presne určiť.

Feynmanov pohľad bol taký, že na skutočné pochopenie kvantovo mechanického sveta a všeobecného fungovania samotného vesmíru bolo potrebné postaviť počítač, ktorý by fungoval podľa rovnakých zákonov. “Príroda nie je klasická, dočerta,” zvolal fyzik, “a ak chcete modelovať prírodu, radšej urobte ten model kvantovo mechanický.”

Feynmanov pohľad sa ukázal ako prorocký. Za posledné štyri desaťročia počítače postavené na „klasickom“ modeli úplne zmenili planétu – vreckové mobilné telefóny sú dnes miliónkrát výkonnejšie ako objemné stolné osobné počítače z 80. rokov. V polovodičovom priemysle naďalej platí Moorov zákon (počet tranzistorov umiestnených na čipe integrovaného obvodu sa zdvojnásobuje každé dva roky) napriek mnohým predpovediam, že v budúcnosti platiť nebude. A dnes sú najvýkonnejšie superpočítače schopné spracovať kvintilión (teda miliardu miliárd) operácií za sekundu. S postupujúcou kvantovou revolúciou je však čoraz jasnejšie, že niektoré kvantové výpočty prekonávajú potenciál aj tých najlepších klasických počítačov a tento proces sa bude diať aj naďalej.

Je to preto, že existujúca počítačová technológia je obmedzená nasledujúcim základným princípom, ktorý je základom jej fungovania: všetky formy klasickej výpočtovej techniky, či už používajú počítadlo, osobný laptop alebo vysokovýkonnú sieť niekoľkých počítačov nainštalovaných niekde v národnom bezpečnostnom zariadení, všetky využívajú to, čo je vedecky známe ako binárna logika. V rámci tohto systému je základnou jednotkou informácie bit, čo je objekt, ktorý môže nadobudnúť jeden z dvoch stavov, bežne označovaných ako 0 alebo 1. Napriek tomu, že systém binárnych čísel sa ukázal ako vysoko efektívny pri vykonávaní mnohých typov výpočtov, stále nedokáže vykonávať gigantické výpočty obrovskej zložitosti, ako je napríklad faktorizácia tisícmiestneho čísla, výpočet správania, ktoré sa často vyskytuje pri riešení mnohých molekúl, keď sa stretávajú s problémami pri riešení niektorých atómov.

Na druhej strane kvantové výpočty nemajú žiadne takéto obmedzenia. Lekcia, ktorú nás naučila kvantová fyzika – lekcia, ktorá je zarážajúca aj kontraintuitívna – je, že častice môžu existovať v niekoľkých stavoch naraz. V súlade s tým namiesto bitov, ktoré sú založené na princípe „buď-alebo“, kvantové výpočty používajú to, čo sa nazýva kvantový bit alebo qubit, čo je systém, ktorý môže byť súčasne v stave 1 aj v stave 2. Táto schopnosť („byť oboma naraz“), známa ako superpozícia, poskytuje obrovskú výpočtovú výhodu. a čím viac qubitov pracuje súčasne, tým viac sa zvyšuje výpočtová výhoda. Kým bežný počítač musí spracovávať jeden stav za druhým postupne, kvantový počítač je schopný paralelne zvažovať veľké množstvo možností. Predstavte si, že potrebujete nájsť jedinú skutočnú cestu vedúcu von z labyrintu. Klasický počítač musí vyskúšať každú možnú cestu jednu po druhej. Medzitým je kvantový počítač schopný súčasne sledovať niekoľko ciest, čo mu umožňuje riešiť určité typy problémov rádovo rýchlejšie. Je dôležité poznamenať, že na rozdiel od populárneho zjednodušenia nie je kvantový počítač jednoducho obrovským súborom klasických počítačov bežiacich paralelne.

Aj keď existuje obrovské množstvo možností, ktoré môže kvantový procesor vyskúšať, v konečnom dôsledku sa nájde len jedna kombinácia. Na nájdenie jediného správneho riešenia pomocou kvantového počítača je teda potrebné ovládať umenie optimálneho programovania, ktoré len zvýši rýchlosť nájdenia správnej odpovede.

Hlavným problémom je, ako vytvoriť kvantové procesory dostatočne veľké a dostatočne stabilné, aby dobre riešili dôležité problémy. Takéto procesory sú zvyčajne mimoriadne citlivé na prostredie, ako sú zmeny teploty, vibrácie a iné vonkajšie vplyvy, ktoré môžu viesť k rôznym typom systémových chýb. Pretože výpočtová presnosť závisí od zachovania koherencie qubitov, výskumníci veľa investujú do metód na zlepšenie kvality qubitov vrátane nových návrhov čipov, nových výrobných procesov a metód na opravu chýb qubitov.

V súčasnosti existuje široká škála prístupov k navrhovaniu qubitov, z ktorých každý má svoje výhody a nevýhody. Na qubit možno v princípe premeniť akýkoľvek kvantovo-mechanický systém (atómy, molekuly, ióny, fotóny).

V praxi jej životaschopnosť určujú faktory ako technológia, spravovateľnosť, výkon a výpočtová rýchlosť. K dnešnému dňu je hlavné úsilie zamerané na supravodivé, neutrálne atómové, fotonické a iónové qubitové pasce. V tomto počiatočnom štádiu nie je jasné, ktorý z nich, ak vôbec nejaký, uspeje. Okrem zostavenia procesora existujú aj ďalšie výzvy, napríklad ako „zabaliť“ qubity, prenášať ich signály a spúšťať aplikácie. Vedci budú musieť použiť kryogénne chladničky na chladenie supravodivých qubitov na tisíciny stupňa nad absolútnu nulu, aby sa zabezpečilo, že budú fungovať v ultrachladnom, tmavom a nenarušenom prostredí.

A v tomto zmysle odborné poznatky o týchto vysoko špecializovaných problémoch pochádzajú z rôznych zdrojov v mnohých krajinách sveta. Dnes existujú rôzne spoločnosti zapojené do celého cyklu kvantových počítačov (napríklad Amazon, Google, IBM a QuEra), ktoré sa snažia integrovať vývoj všetkých vyššie uvedených problémov do konečného produktu. Stručne povedané, kvantová výpočtová technika dnes čelí mnohým výzvam a zostáva vyriešiť mnoho záhad; Ďalší vývoj kvantových technológií si vyžiada implementáciu mnohých inžinierskych inovácií. Jedna vec je jasná: na to, aby bol ktorýkoľvek z týchto prístupov úspešný, musia byť tieto inovácie robustné, škálovateľné a nákladovo efektívne.

 

Nové záznamníky

Existuje niekoľko dôvodov pre silnú túžbu vytvoriť kvantový počítač. Quantum computing sľubuje vyriešiť problémy, ktoré boli predtým považované za neriešiteľné – hádanky, ktorých vyriešenie by najlepším klasickým počítačom na svete trvalo storočia. Najznámejším problémom tohto druhu je faktorizácia celých čísel alebo rozklad čísla na súčin viacerých faktorov. Bohužiaľ, ani tie najrýchlejšie superpočítače nie sú schopné faktorizovať veľmi veľké čísla.

To znamená, že teoreticky sú najpokročilejšie formy kryptografie založené na faktorizácii nerozbitné. Kvantové počítače to však dokážu.

V roku 1994 počítačový vedec Peter Shor dokázal, že kvantový počítač je celkom schopný faktorizovať veľmi veľké čísla. V tom čase kvantový počítač nezostal ničím iným ako teoretickým modelom. Ale ako technológia pokročila, Shorov pohľad vyvolal obavy, že kvantový procesor by jedného dňa mohol prelomiť aj tie najzložitejšie šifrovacie systémy. Experti na národnú bezpečnosť sa domnievajú, že nepriateľskí vládni a súkromní aktéri už zhromažďujú a uchovávajú zašifrované informácie na dlhé časové obdobia v nádeji, že ich budú môcť dešifrovať v budúcnosti, keď budú dostupné nové kvantové technológie (prístup známy ako „ulož teraz, dešifruj neskôr“).

Dešifrovanie je však len jednou z možných aplikácií kvantových počítačov a s najväčšou pravdepodobnosťou sa tak stane o desať alebo viac rokov. Feynman veril, že očividnejšie využitie kvantových výpočtov bolo v kvantovom modelovaní, schopnosti vykonávať presné výpočty na kvantových systémoch, ako sú elektróny, molekuly a rôzne druhy hmoty, a že takéto problémy možno vyriešiť v nie príliš vzdialenej budúcnosti. Čiastočne aj vďaka kvantovým procesorom sa už objavujú objavy v mnohých vysoko špecializovaných oblastiach fyziky, medzi ktoré patrí napríklad modelovanie kvázičastíc, riešenie problému dynamiky mnohotelesových systémov, spinová elektronika, transport kovov, časové kryštály, dynamika červích dier a magnetizácia.

Možnosti skutočne výkonného kvantového počítača, ak by bol skutočne vytvorený, by zmiatli ľudskú predstavivosť. Zvážte napríklad poľnohospodárske hnojivá. V súčasnosti je fixácia dusíka (chemický proces, pri ktorom sa plynný dusík premieňa na amoniak) mimoriadne energeticky náročný proces; Tvorí až dve percentá ročnej globálnej energetickej bilancie. A to preto, že katalyzátory použité na uskutočnenie tejto reakcie sú extrémne neúčinné. V skutočnosti je prírodná molekula FeMoco (katalyzátor pre proces biologickej fixácie dusíka) vysoko účinná, ale v súčasnosti sa nedá chemicky syntetizovať ani vyrábať v priemyselnom meradle. Mechanizmus jeho pôsobenia sa ukázal byť príliš zložitý na to, aby sa dal študovať pomocou existujúcich výpočtových technológií. S pomocou kvantových počítačov však vedci môžu ľahko vykonávať zložité výpočty potrebné na štúdium reakčného mechanizmu zahŕňajúce FeMoco. A to umožní vytvoriť katalyzátory na báze FeMoco, ktoré by mohli ušetriť obrovské množstvo energie.
Alebo si vezmime liečivá: tu je potrebné zistiť, ako efektívne interagujú liečivé látky s telom na molekulárnej úrovni. Napríklad simulácia reakcie zahŕňajúcej cytochróm P450 (rodina enzýmov, ktoré sú do značnej miery zodpovedné za metabolizmus liekov, a teda aj reakciu pacienta na lieky), by si na bežných počítačoch vyžadovala obrovský výpočtový výkon. Kvantové počítače by však mohli modelovať správanie cytochrómu P450 oveľa efektívnejšie, čo by viedlo k dôležitým inováciám v medicíne. V chemickom a spracovateľskom priemysle by kvantová výpočtová technika mohla pomôcť vyvinúť efektívnejšie batérie pre elektrické vozidlá a komponenty odolné voči korózii pre lode. Okrem toho by nám kvantové počítače mohli pomôcť premeniť fúzne reaktory na udržateľný zdroj energie.

Ďalšou sľubnou oblasťou použitia je strojové učenie. Bežné počítače, ktoré sa učia z kvantových údajov (teda elektronických, magnetických a iných informácií, ktoré popisujú správanie kvantového systému), vyžadujú obrovské množstvo údajov, ktorých spracovanie potom bude trvať veľmi dlho. Ale kvantové počítače, ktoré sa učia z kvantových údajov, vyžadujú na dokončenie tejto úlohy mnohonásobne menej súborov údajov. Účinnosť sa výrazne zvýšila, takže kvantové počítače by sa po vyškolení mohli použiť na predpovedanie reakcií zahŕňajúcich mnoho chemikálií a látok. Otázka, ktorá v súčasnosti zostáva nejasná, je, či kvantové počítače budú mať výhodu pri trénovaní na klasických údajoch, ako sú textové, zvukové a obrazové údaje, ktoré sú základom moderných systémov AI. Kvantové výpočty však budú ťažiť z absorbovania pokroku v klasickej AI, ako sú veľké jazykové modely, transformátory [transformátor (model strojového učenia) je architektúra neurónovej siete, ktorá sa objavila v roku 2017. — Poznámka. [InoSMI] a ďalšie typy architektúry AI, ktoré by mohli pomôcť navrhnúť kvantové zariadenia, vyvinúť softvér a efektívnejšie zmierniť kvantové chyby.

Samozrejme, je samozrejmé, že kvantové počítače by mali mať prirodzenú výhodu, ktorá by sa mala prejaviť v aplikáciách kvantovej mechaniky. Menej zrejmé (a to sa tiež preukázalo) je, že kvantové počítače by sa mali ukázať ako celkom efektívne pri riešení niektorých typov problémov, ktoré sa nepovažujú za kvantovo mechanické, ako je problém faktorizácie. Matematici spolu so svojimi kolegami z iných oblastí skutočne objavili šesťdesiat algoritmov, ktoré umožňujú kvantovým počítačom riešiť problémy oveľa rýchlejšie ako konvenčné počítače; Navyše, niektoré kvantové počítače prevyšujú konvenčné rádovo, zatiaľ čo iné, aj keď nie také rýchle, sú stále dosť významné v porovnaní s klasickými počítačmi.

S cieľom analyzovať súčasný stav kvantovej rasy, výskumné oddelenie amerického ministerstva obrany, Agentúra pre pokročilé výskumné projekty obrany (DARPA), nedávno oznámilo iniciatívu Quantum Comparison Initiative s cieľom určiť, či by sa do roku 2033 mohol stať životaschopným nejaký prístup ku kvantovým výpočtom. Aj keď nie je možné presne predpovedať tempo budúcich inovácií, niektorí vedci odhadli, že prototypy skutočného kvantového počítača pozostávajúceho napríklad z desiatich logických qubitov by mohli byť vyvinuté do konca tohto desaťročia. Vďaka takýmto inžinierskym úspechom, ako aj objaveniu sa metód korekcie chýb a konštrukcii efektívnejších algoritmov sa ľudstvo bude stále viac približovať k vytúženému cieľu – kvantovej simulácii.

Podľa súčasného myslenia je nepravdepodobné, že by vedci dokázali vytvoriť prvý skutočný kvantový počítač schopný prelomiť kryptografický kód (teda kvantový počítač s miliónmi qubitov a schopný adekvátne opravovať chyby) pred koncom 30. rokov 20. storočia. Ale aj v tomto prípade by takýto počítač potreboval niekoľko hodín na vyčíslenie jedného veľkého čísla. Je však dôležité, aby sa Spojené štáty a ich medzinárodní partneri pripravili na túto technológiu už teraz, pretože ako vieme, internet má, žiaľ, pomalú históriu prijímania nových bezpečnostných štandardov. Vývoj, testovanie a zlepšovanie bezpečnostných štandardov pre kvantové technológie bude trvať niekoľko rokov. Od roku 2016 je americký Národný inštitút pre štandardy a technológie (NIST) vedúcou organizáciou v úsilí o vývoj kryptografických štandardov pre postkvantový svet. V auguste 2024 teda NIST oznámil vydanie troch klasických šifrovacích algoritmov ako štandardov, ktoré je možné teraz použiť, s pokynmi na ich integráciu do šifrovacích systémov a iných produktov. Aj keď sú tieto algoritmy v súčasnosti nezraniteľné voči všetkým známym metódam dešifrovania, stále je možné, že jeden alebo viacero z nich sa v budúcnosti stane zraniteľnými. Takéto obavy sa stali ešte naliehavejšími vo svetle nového výskumu, ktorý naznačuje, že kryptografia s verejným kľúčom nemusí byť nikdy úplne bezpečná proti útokom z kvantových počítačov.

Rovnako ako iné prevratné technológie, kvantová výpočtová technika nám nielen ponúka veľké príležitosti, ale vytvára aj významné a bezprecedentné riziká, ako sú krádeže údajov vo veľkom meradle, narušenie ekonomiky a úniky spravodajských informácií. Nebezpečenstvo však nespočíva len v tomto. Kvantové počítače by mohli byť použité na ďaleko od neškodné účely, ako je modelovanie a syntéza chemických zbraní alebo optimalizácia letových dráh roja dronov. Rovnako ako v prípade AI, aj samotná možnosť zneužitia alebo zneužitia kvantových technológií už vyvoláva vážne otázky o tom, kto by mal na tieto technológie dohliadať, ako aj o tom, ako presne možno minimalizovať hrozby s nimi spojené.

Tvorcovia politík budú musieť určiť, ako možno maximalizovať ekonomické a sociálne výhody a zároveň minimalizovať riziká. V procese hľadania najlepších spôsobov, ako dosiahnuť optimálnu rovnováhu medzi prínosmi a hrozbami, je potrebná široká diskusia o tejto problematike zo strany predstaviteľov občianskej spoločnosti. Verejnosť si musí byť vedomá nielen potenciálnych výhod, ktoré získavame z používania kvantových technológií, ale aj škôd, ktoré môžu spôsobiť. Vývoj civilizácie, v ktorej budú existovať kvantové počítače, by sa mohol uberať úplne inými trajektóriami. Najlepšou možnosťou je, aby vývoj a spoločné riadenie kvantovej technológie viedli liberálne demokracie. Najhorším scenárom je, že Spojené štáty a ich partneri nečinnosťou alebo nedostatočným úsilím prenechajú vedúce postavenie v oblasti kvantových technológií Číne a iným autokratickým štátom.

 

Kvantový skok

Vytvorenie a zlepšenie kvantového počítača je odvážny, ambiciózny a globálny projekt, ktorý žiadna jednotlivá spoločnosť alebo krajina nemôže uskutočniť sama. Pre tie prototypové systémy, ktoré sa práve začali objavovať, sú už potrebné tisíce špeciálnych dielov, nástrojov a zariadení; už vznikla potreba vytvoriť zložité výrobné a kryogénne zariadenia; Potrebovali vysokokvalifikovaných odborníkov – predstaviteľov desiatok oblastí vedy a techniky. A to všetko musí byť podporené miliardovými investíciami do výskumu a vývoja. Kvantové systémy zajtrajška budú oveľa zložitejšie. Ak chcú Spojené štáty viesť tieto preteky a spolu so svojimi medzinárodnými spojencami vytvoriť najpokročilejšie kvantové počítačové systémy, musia zabezpečiť cezhraničnú spoluprácu vývojárov kvantových technológií. Efektívna angažovanosť môže poskytnúť liberálnym demokraciám významnú výhodu oproti uzavretejším a autoritatívnejším krajinám.

Pre mnohé spoločnosti, ktoré dnes vyvíjajú kvantové systémy, je kvantový procesor najprísnejšie stráženým aktívom spomedzi ostatných aktív duševného vlastníctva. Všetky spoločnosti sa snažia vyrobiť takýto procesor nie v zahraničí, ale vo svojej domovskej krajine. Napríklad Google vyrába kvantové čipy v Spojených štátoch, Oxford Quantum Circuits vo Veľkej Británii a Alice & Bob to robí vo Francúzsku. V každom prípade sú tieto čipy určené na interné použitie pre vlastný výskum a vývoj; V niektorých prípadoch majú tretie strany povolený prístup aj k prototypom, ktoré sa práve objavili. Ako vidno na príklade sektora mikroelektroniky, každá krajina, ktorá si na svojom území udrží schopnosť.

Na výrobu procesorov a vytváranie počítačových systémov v rámci jednej krajiny je však potrebné získať talentovaných špecialistov. Na dosiahnutie tohto cieľa je potrebné podporovať spoluprácu medzi vládnymi agentúrami, priemyslom, výskumnými a vzdelávacími inštitúciami. Na tento účel by spoločnosti zaoberajúce sa kvantovou technológiou mohli dobre zdieľať informácie o voľných pracovných miestach pre špecialistov a poskytovať príležitosti na školenie na pracovisku. Keďže účasť na vývoji kvantových technológií si niekedy vyžaduje úzkych špecialistov, nie každá krajina je schopná vyvinúť potrebné ľudské zdroje.

Povedzme viac: toto snáď žiadna krajina nedokáže. Naše skúsenosti ukazujú, že v procese vývoja kvantových technológií musíme spolupracovať s rôznymi akademickými inštitúciami a priemyselnými partnermi z USA, Európy a ázijsko-pacifického regiónu – celkovo je takýchto organizácií viac ako sto. Spojené štáty a ich spojenci by boli múdre zaviesť politiku víz, prisťahovalectva a kontroly vývozu, ktorá by umožnila spoločnostiam pôsobiacim v tomto životne dôležitom ekonomickom sektore najať najtalentovanejších vedcov, inžinierov a technikov. Vlani v septembri urobilo Ministerstvo obchodu USA dôležitý krok týmto smerom, keď oznámilo nové pravidlá, vrátane podmienečného oslobodenia od vývozných ciel, s cieľom uľahčiť zamestnávanie vysokokvalifikovaných zahraničných pracovníkov v USA.

Washington a jeho medzinárodní partneri budú tiež musieť vytvoriť spoľahlivé dodávateľské reťazce pre všetky druhy subsystémov a komponentov potrebných pre kvantové výpočty. Mnohé z týchto komponentov sa vyrábajú v rôznych krajinách sveta a táto situácia bude pokračovať aj v budúcnosti. Napríklad na vytvorenie supravodivých qubitov potrebujeme mnoho rovnakých nástrojov, aké sa používajú v špičkových zariadeniach na výrobu polovodičov, ktoré vlastnia spoločnosti ako Intel a TSMC. Tieto komponenty sa vyrábajú vo Francúzsku, Nemecku, Holandsku a USA, ako aj v iných krajinách. Stavba kryogénnych zariadení si vyžaduje odborné znalosti, ktoré má len niekoľko spoločností, z ktorých väčšina má sídlo v Spojenom kráľovstve a EÚ. Ďalšie komponenty, ako sú elektronické riadiace zariadenia a káblové fyzické spojovacie prostriedky, sú vyvíjané špecializovanými spoločnosťami v Izraeli, Japonsku a na Taiwane, ako aj v USA a EÚ. Jednotlivé krajiny sú samozrejme schopné vytvárať rôzne komponenty samy. Aby sa však vyriešil celý problém a zabránili autoritárskym krajinám získať prístup k utajovaným informáciám, musia podobne zmýšľajúce krajiny spolupracovať.

Aby kvantová výpočtová technika naplno využila svoj potenciál, je potrebné do jej rozvoja zapojiť talentovaných ľudí z rôznych oblastí vedy. V prvej etape sa uskutočnili pokusy o vytvorenie špeciálneho pracovného prostredia pre vývojárov. Na tieto účely sa uskutočnil napríklad program DARPA Quantum Benchmarking (mal analyzovať úspechy v oblasti kvantových výpočtov v aplikovaných oblastiach), ako aj trojročná medzinárodná súťaž XPRIZE Quantum Applications s cenou päť miliónov dolárov pre účastníkov, ktorí dokázali predviesť skutočné aplikácie kvantových výpočtových algoritmov.
Úspech a bezpečnosť kvantových technológií však nezávisí len od práce vedcov. To si vyžiada dlhodobú materiálnu i nemateriálnu podporu zo strany verejného a súkromného sektora, ako aj prezieravé politiky v medzinárodnej sfére. To všetko sme už videli počas vrcholenia „mesačných pretekov“, ako aj v čase, keď sa realizoval projekt sekvenovania ľudského genómu. Kvantové počítače otvoria bezprecedentné príležitosti pre Spojené štáty americké a ďalšie krajiny. Vznik kvantových počítačov zároveň prináša nové riziká, keďže kvantové technológie môžu byť použité na zlo, čím sa vytvára hrozba pre svetový poriadok. A ak ľudstvo dokáže obmedziť tieto hrozby, potom kvantová výpočtová technika určite odhalí svoj potenciál v prospech našej civilizácie a pomôže nám vybudovať dokonalejšiu spoločnosť.

Autori: Charina Chou, James Manyika, Hartmut Neven.