- إنضم
- 17/9/22
- المشاركات
- 6,728
- التفاعلات
- 14,979
قفزة نوعية: جني ثمار التبني المبكر
مع أول عملية شراء قامت بها حكومة المملكة المتحدة لجهاز كمبيوتر كمي ، تم توفيره لوزارة الدفاع (MoD) ، تضع المملكة المتحدة الأساس لمستقبل يحتضن التكنولوجيا - بدءًا من التطبيقات الدفاعية.
مع نشر استراتيجيتها الكمية الوطنية في مارس 2023 ، أشارت حكومة المملكة المتحدة إلى عزمها على أن تكون محركًا مبكرًا لتقنيات الكم مع مجموعة واسعة من الاستثمارات في هذا القطاع.
ما يجب أن تكون عليه المشتريات الدفاعية:
من نواحٍ عديدة ، يُعد قوس التنمية المحدد مثالًا واضحًا لما يجب أن تكون عليه المشتريات الدفاعية: الاستثمار المكثف في وقت مبكر ، ودعم المخاطر لشركاء البحث مع السماح لمؤسسات القطاع الخاص بمجال الابتكار مع نمو التكنولوجيا في التطور. عند نقطة النهاية ، يمكن للعملاء مثل وزارة الدفاع البريطانية (MoD) توصيل متطلباتهم إلى المقاولين واختيار الأنظمة الجاهزة التي تفي بالمواصفات.
يجب أن يلبي تنوع البائعين في مجال تكنولوجيا الكم الهدف دون أن يحتاج العميل إلى البدء من المبادئ الأساسية. هناك الكثير من الباحثين المختلفين في هذا المجال ، يعرضون أساليب متنوعة ومثيرة للاهتمام لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
هناك استثمارات كبيرة من الهيئات العامة ، بما في ذلك الإعلان الصادر عن المملكة المتحدة من خلال قسم العلوم والابتكار والتكنولوجيا ، كجزء من استراتيجية الكم الوطنية.
تقدم مجموعة من الشركات إمكانية الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية من خلال نموذج البرنامج كخدمة ، بالإضافة إلى بيع عدد قليل من الأجهزة نفسها. تحتوي حوسبة ORCA على كمبيوتر كمي قائم على الفوتون مع ثمانية مكافئات كيوبت ، وهي تقدمه بأقل من مليون دولار ، وقد باعت بالفعل مثل هذا الكمبيوتر إلى وزارة الدفاع - أول شراء لجهاز كمبيوتر كمومي إلى حكومة المملكة المتحدة ، تم شراؤه في يونيو 2022 و تم التسليم في فبراير 2023.
ومع ذلك ، على الرغم من الاستثمار ، والتنوع في نظريات العمل النشطة وأساليب البحث ، والتقنيات الواضحة التي أصبحت متاحة في السوق ، هناك هدف أساسي واحد لم يتم الوصول إليه بعد. حتى الآن ، لم يتم اختراع أي كمبيوتر كمي يمكنه تحقيق نتائج أفضل من الكمبيوتر الكلاسيكي في نفس الفترة الزمنية. أي أننا لم نحقق التفوق الكمي بعد.
هذا لا يردع أحدا ، والموقف من الاستثمار في هذه المرحلة هو استعداد.
الاستعداد للكم و التحديات المستقبلية
قال ريتشارد موراي ، الرئيس التنفيذي لشركة ORCA Computing ، متحدثًا عن التحديات التي ستواجهها معاهد البحث في التكيف مع التطورات المستقبلية في الحوسبة الكمومية: "ليس الأمر كما لو أنه يمكنك جعل فريق المبرمجين لديك يبدأ يومًا واحدًا فجأة في برمجة جهاز كمبيوتر كمي".
"يحتاج الأمر إلى إعادة تفكير كاملة حول كيفية التعامل مع المشكلات ، وكيفية هيكلة بياناتك ، وأنواع المشكلات التي قد تحلها. وهذا يتطلب الكثير من التعليم ، لكن الناس يعملون ، مثل عملائنا ، بأجهزة كمبيوتر كمومية حقيقية للقيام بذلك. لكن أجهزة الكمبيوتر نفسها ليست قوية بما يكفي لفعل أي شيء لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية فعله ".
كانت وزارة الدفاع البريطانية أول عميل لحوسبة ORCA ، حيث اشترت الكمبيوتر الكمي المدمج والمتين الذي يعمل بتقنية الفوتونات. نظرًا لأن الجسيم الأساسي في قلب جهاز PT-1 الخاص بـ ORCA خفيف بشكل أساسي ، فلا داعي للتبريد الفائق للمعالج في قلب العمليات الكمومية.
هذا يعني أنه يمكنهم إنتاج وحدات عمل بحجم أصغر إلى حد كبير ، وبدلاً من الجلوس في ثريا زجاجية في بيئة مجمدة بحجم سقيفة ، يشغل الكمبيوتر بعض الأرفف على رف مقاس 19 بوصة. مع وجود لوحة المفاتيح والشاشة في الأعلى ، يبلغ ارتفاعها 4.5 قدمًا ، ولكن لا يمكن تمييزها عن الكمبيوتر العادي بكل الطرق الأخرى. في الواقع ، كل مكون يتم تصنيعه منه متاح على الرف وموجود في جميع أنحاء صناعة الاتصالات.
وفقًا لتقرير "Thematic Intelligence: Quantum Computing" الصادر عن GlobalData ، هناك مجموعة متنوعة من الطرق لاستخدام الفوتونات كوسيلة للحساب الكمي. يمكن تحقيق التأثير عن طريق تقسيم حزم الضوء على سطح طاولة أو داخل شريحة سيليكون ، وضوئيات السيليكون هي تقنية ناشئة يتم فيها نقل البيانات بين رقائق السيليكون بواسطة الأشعة الضوئية ، وتحمل بيانات أكثر بكثير في وقت أقل من الموصلات الكهربائية التقليدية. يستطيع مصنعو أشباه الموصلات حفر آلاف المكونات الضوئية على رقائق واحدة من السيليكون ، مما يبشر بعصر ضوئيات السيليكون مع احتمال كسر القالب في الحوسبة الكمومية.
ستيفن تيل ، زميل أول في مختبر العلوم والتكنولوجيا الدفاعية (DSTL) بوزارة الدفاع ، يردد آراء موراي حول الفوائد التي تعود على المؤسسات من التبني المبكر في الحوسبة الكمومية ، والتحديات الضرورية لمعالجتها في بناء المعرفة المؤسسية.
"تعلم كيفية برمجة واستخدام الكمبيوتر الكمومي هو تمامًا مثل البرمجة واستخدام آلة رقمية: من الضروري تجربة برامج الكتابة والتعلم من الأخطاء. قال تيل: "قراءة الكتب والمجلات ليست بديلاً عن الخبرة العملية".
كما أنه من المهم أن يكون حل المشكلات ذات الأهمية الحقيقية للمؤسسة كأهداف ؛ يسمح ذلك باستغلال خلفية الحوسبة الرقمية ، وإذا تم اختيار المشكلات بشكل جيد ، فإنه يوضح القيمة المستقبلية المحتملة للمعالجة الكمية لأصحاب المصلحة وصناع القرار الذين يحددون الاستثمار المستقبلي للمؤسسة. "
يشير موراي إلى أنه في عمل ORCAs ، ينصب تركيز نشاطه الآن على تحديد المشكلات بالطرق التي يمكن التعامل معها بواسطة الكمبيوتر الكمومي. "كيف يبدو النجاح بالنسبة لنا هو: من يهتم بالحجم الكمي الهائل؟ ابحث عن أول تطبيق قيم يستفيد من نظام الكم. لم نصل إلى هناك بعد ، ولكن هذا ما نعتقد أن النجاح يبدو عليه.
"بمجرد أن تكون في هذا المشهد ... تكون في مشهد الحوسبة عالية الأداء. كانت هناك نقاشات حول ماهية المعيار الصحيح في عالم الحوسبة عالية الأداء ، ولكن على الأقل تلك المعايير مرتبطة بمشاكل حقيقية ".
أول كمبيوتر كمومي لحكومة المملكة المتحدة
في وصف المواصفات ، طلبت وزارة الدفاع عند شراء الكمبيوتر الكمومي ORCA PT-1 ، حتى كان واضحًا بشأن التطبيق العسكري العملي الأساسي للحوسبة الكمومية في الاستخبارات والمراقبة والاستطلاع (ISR) ، وأن هذه المعالجات يتم نشرها بشكل مثالي نحو حافة عمليات.
حاليًا ، يمكن نشر نوع واحد فقط من المعالجات ، وهو سلسلة آلات ORCA PT-1 ، بهذه الطريقة. إنها مدمجة ، ومحمولة على يد الإنسان ، ولا تتطلب سوى مصدر كهرباء بجهد 240 فولت تيار متردد ولا تتطلب تبريدًا بالتبريد.
قال تيل ، متحدثًا عن الممارسة في الحوسبة المتطورة لنقل غالبية متطلبات معالجة البيانات الواردة إلى حافة نظام المعلومات ، "لم يتم النظر في الحوسبة المتطورة والحوسبة الكمومية معًا من قبل" ، حتى تتم معالجة البيانات بسرعة ووضعها موضع التنفيذ حيث يتم جمعها في موقع المنصة. تتنافس متطلبات هذه الأنظمة بشكل طبيعي مع مكونات النظام الأساسي الأخرى من حيث الحجم والوزن والقوة.
"لا تتطلب المعالجات الكمومية السائدة التبريد إلى درجات حرارة ملي- كلفن مع ثلاجات تخفيف كبيرة متعطشة للطاقة فحسب ، بل يجب أيضًا أن تكون محمية من مصادر" الضوضاء "المغناطيسية والكهربائية والاهتزازية وغيرها من مصادر" الضوضاء "التي تدمر بسرعة المعلومات الكمومية المنقولة بواسطة كيوبت في المعالج.
"يعتقد الكثير من الناس أننا لن نكون قادرين على نشر معالجات ORCA ولكن هناك دليل على أن النشر ، على الأقل في البيئات الحميدة ، أمر ممكن حتى اليوم. نظرًا لأن الفوتونات تتفاعل قليلاً جدًا مع بيئتها ، فإن المعالجات الضوئية الكمومية لا تحتاج إلى حماية خاصة من الضوضاء باستثناء الضوضاء الاهتزازية وتدرجات درجة الحرارة المفرطة.
"تم نقل ORCA PT-1 عن طريق البر بين المواقع وتشغيله بنجاح عندما وصلت إلى وجهتها."
يشير تيل إلى أن التقنيات الكمومية الأخرى تدعم أيضًا الاستنتاج القائل بأن العملية المنتشرة في البيئات الحميدة ممكنة ، مستشهدة بمقياس تدرج الجاذبية بالذرة الباردة الذي تم نقله عبر مائة ميل عن طريق البر وتعرض للتسارع في عدة أضعاف قوة الجاذبية ، في عام 2016.
"[انها] عملت بنجاح ، لأول مرة ، في وجهتها. هناك أوجه تشابه في الأنظمة الفرعية المكونة ... للجهازين وليس من غير المعقول استنتاج أن التقنيات الكمومية قد لا تكون كلها هشة كما هو مفترض بشكل عام ، "قال حتى.
بعد الشراء من ORCA ، يُنسب أحيانًا إلى Till قوله إنه يأمل في رؤية كمبيوتر كمي في الجزء الخلفي من كل سيارة Land Rover ، وهو تعبير مغرم به Murray لأنه يشير إلى الخصائص شديدة التحمل والمكثفة لآلتهم. عند سؤاله عن الطموح الآن ، أعرب تيل عن وجهة نظر أكثر دقة.
"الكمبيوتر الكمومي في الجزء الخلفي من كل مركبة قيادة ، مع مشغل متخصص ومدرب هو أمر ممكن ، وبأسعار معقولة وممكن خلال السنوات الخمس إلى العشر القادمة. سيؤدي نشر المعالجات الكمومية بهذه الطريقة إلى زيادة وتيرة العمليات وتحسين جودة أدوات دعم القرار أو جعل هذه الأدوات ممكنة لأول مرة.
"على سبيل المثال ، يعد تحديد مسارات العمل المثلى [CoAs] مشكلة اندماجية صعبة. مع زيادة حجم المشكلة ، يزداد عدد شهادات توثيق البرامج المحتملة بسرعة كبيرة بحيث لا يمكن حلها باستخدام جهاز كمبيوتر رقمي.
"لا يزال يتم حل المشكلات يدويًا باستخدام الجداول والاعتماد على الخبرة. لقد أظهرنا في عام 2022 من خلال شركة PA Consulting أن المعالجات الكمية تقدم حلاً محتملاً لسرعة الماكينة غير متاح اليوم ".
تطبيقات الدفاع للحوسبة الكمومية
من خلال العمل مع PA Consulting في عام 2022 ، اختبرت DSTL كمبيوترًا كلاسيكيًا / كميًا هجينًا ضد المنافسة البشرية للإجابة على أسئلة ملموسة: طرح حالة واحدة حيث يكون أفضل مكان لأصول الاتصالات لضمان شبكة مرنة ؛ وفي حالة استخدام أخرى ، السعي لمعرفة أفضل طريقة لاستخدام الموارد المحدودة وقيودها على قائمة المهام.
كان كلا المثالين من المشكلات التي تتطور بسرعة إلى درجة تعقيد تتجاوز قدرة البشر أو حلول الحوسبة الكلاسيكية ، ولكن مع بنية الحوسبة الكلاسيكية لصياغة وتقديم البيانات ومعالج كمي لاستكمال العمليات الحسابية ، فاز النظام الهجين ، مع التغذية الراجعة مما يوضح أن النظام يجعل اتخاذ القرار أفضل وأسرع.
قال تيل: "أظهرت حالتا الاستخدام اللتان استكشفتهما PA أن الفائدة الكمية يمكن اشتقاقها حتى مع تقنية معالج الكم (NISQ) الصاخب اليوم". "مع المزيد من التطورات في هياكل الأنظمة والأجهزة ، زاد العمل من ثقتنا بأن معالجة المعلومات الكمية ستساعد في حل العديد من التحديات المهمة التي تواجه وزارة الدفاع.
"على حد علمي ، هذا هو العمل الأول لإثبات الفائدة الكمية باستخدام آلة NISQ لحل المشكلات العسكرية المهمة والتي ستبني الثقة وتدعم الاستثمار المستمر في معالجة المعلومات الكمية من قبل وزارة الدفاع البريطانية وحكومة المملكة المتحدة."
وفقًا لتيل ، فإن مشاكل الدفاع المتاحة من خلال الحوسبة الكمومية هي في الأساس مشاكل التحسين والتعلم الآلي ، وهي تحدث بشكل متكرر في ISR. "الأمثلة النموذجية هي تخطيط / إعادة تخطيط شبكات الاتصالات لدوريات الاستطلاع المنتشرة أو تحديد مسارات العمل المثلى في ضوء مجموعة من الخيارات الممكنة."
تستمر قائمة الثغرات المحتملة للحوسبة الكمية في الدفاع: تصميم منصات عسكرية مرنة وفعالة ؛ توقع مواد أو بطاريات جديدة للدروع ؛ وتشغيل ألعاب حرب دقيقة على نطاق واسع (أو محاكاة لإدارة الأزمات). ومع ذلك ، حتى يحذر من أن هذه تتطلب أجهزة كمبيوتر كمية قابلة للتكيف ومتسامحة مع الأخطاء "ولا نعرف متى أو ما إذا كانت هذه الأجهزة ستكون متاحة. تعد هندسة كمبيوتر كمي قابل للتكيف ومتحمل للأخطاء تحديًا هندسيًا كبيرًا ".
يستخدم النهج الذي تمت مناقشته جيدًا مفهوم تصحيح الخطأ ، وذلك باستخدام مجموعات من الكيوبتات لهزيمة الضوضاء العشوائية في النظام ، ومع ذلك هناك جدل لم يتم حله حول ما إذا كان تصحيح الخطأ بهذه الطريقة مسموحًا به من قبل القوانين الأساسية للفيزياء. تشير التجربة المحدودة الحالية إلى معدل الخطأ في مقاييس النظام مع عدد الكيوبتات.
"إذا كانت هذه نتيجة حقيقية ، فلن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية ممكنة. لا يُعرف الكثير عن سلوك مجموعات الكيوبتات لأنه لا يمكن محاكاة الأنظمة التي تضم أكثر من 42 كيوبت قبل نفاد موارد الذاكرة في الكمبيوتر الرقمي.
ولهذا السبب من المهم فهم الإمكانيات العملية لاستخدام ماكينات NISQ. يكاد يكون من المؤكد أن معالجات NISQ المستقبلية سيكون لديها كيوبتات "أكثر هدوءًا" مع اتصال أكبر بينها وقادرة على أداء إدخال / إخراج البيانات بمعدلات أعلى بكثير مما هي عليه حاليًا ".
ذكر تيل أن المؤسسات التي استثمرت في فهم ما يمكن القيام به باستخدام التحسين الكمي والتعلم الآلي الكمي ستكون في وضع قوي مقارنةً بأولئك الذين توقفوا عن العمل ، في انتظار أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتسامحة مع الأخطاء والقابلة للتطوير.
"نحن نعلم أن الدفاع يواجه العديد من المشكلات التي يمكن معالجتها من خلال أساليب التحسين والتعلم الآلي وأن استثماره الحالي لن يفيد سوى العمليات المستقبلية".
مع أول عملية شراء قامت بها حكومة المملكة المتحدة لجهاز كمبيوتر كمي ، تم توفيره لوزارة الدفاع (MoD) ، تضع المملكة المتحدة الأساس لمستقبل يحتضن التكنولوجيا - بدءًا من التطبيقات الدفاعية.
مع نشر استراتيجيتها الكمية الوطنية في مارس 2023 ، أشارت حكومة المملكة المتحدة إلى عزمها على أن تكون محركًا مبكرًا لتقنيات الكم مع مجموعة واسعة من الاستثمارات في هذا القطاع.
ما يجب أن تكون عليه المشتريات الدفاعية:
من نواحٍ عديدة ، يُعد قوس التنمية المحدد مثالًا واضحًا لما يجب أن تكون عليه المشتريات الدفاعية: الاستثمار المكثف في وقت مبكر ، ودعم المخاطر لشركاء البحث مع السماح لمؤسسات القطاع الخاص بمجال الابتكار مع نمو التكنولوجيا في التطور. عند نقطة النهاية ، يمكن للعملاء مثل وزارة الدفاع البريطانية (MoD) توصيل متطلباتهم إلى المقاولين واختيار الأنظمة الجاهزة التي تفي بالمواصفات.
يجب أن يلبي تنوع البائعين في مجال تكنولوجيا الكم الهدف دون أن يحتاج العميل إلى البدء من المبادئ الأساسية. هناك الكثير من الباحثين المختلفين في هذا المجال ، يعرضون أساليب متنوعة ومثيرة للاهتمام لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
هناك استثمارات كبيرة من الهيئات العامة ، بما في ذلك الإعلان الصادر عن المملكة المتحدة من خلال قسم العلوم والابتكار والتكنولوجيا ، كجزء من استراتيجية الكم الوطنية.
تقدم مجموعة من الشركات إمكانية الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية من خلال نموذج البرنامج كخدمة ، بالإضافة إلى بيع عدد قليل من الأجهزة نفسها. تحتوي حوسبة ORCA على كمبيوتر كمي قائم على الفوتون مع ثمانية مكافئات كيوبت ، وهي تقدمه بأقل من مليون دولار ، وقد باعت بالفعل مثل هذا الكمبيوتر إلى وزارة الدفاع - أول شراء لجهاز كمبيوتر كمومي إلى حكومة المملكة المتحدة ، تم شراؤه في يونيو 2022 و تم التسليم في فبراير 2023.
ومع ذلك ، على الرغم من الاستثمار ، والتنوع في نظريات العمل النشطة وأساليب البحث ، والتقنيات الواضحة التي أصبحت متاحة في السوق ، هناك هدف أساسي واحد لم يتم الوصول إليه بعد. حتى الآن ، لم يتم اختراع أي كمبيوتر كمي يمكنه تحقيق نتائج أفضل من الكمبيوتر الكلاسيكي في نفس الفترة الزمنية. أي أننا لم نحقق التفوق الكمي بعد.
هذا لا يردع أحدا ، والموقف من الاستثمار في هذه المرحلة هو استعداد.
الاستعداد للكم و التحديات المستقبلية
قال ريتشارد موراي ، الرئيس التنفيذي لشركة ORCA Computing ، متحدثًا عن التحديات التي ستواجهها معاهد البحث في التكيف مع التطورات المستقبلية في الحوسبة الكمومية: "ليس الأمر كما لو أنه يمكنك جعل فريق المبرمجين لديك يبدأ يومًا واحدًا فجأة في برمجة جهاز كمبيوتر كمي".
"يحتاج الأمر إلى إعادة تفكير كاملة حول كيفية التعامل مع المشكلات ، وكيفية هيكلة بياناتك ، وأنواع المشكلات التي قد تحلها. وهذا يتطلب الكثير من التعليم ، لكن الناس يعملون ، مثل عملائنا ، بأجهزة كمبيوتر كمومية حقيقية للقيام بذلك. لكن أجهزة الكمبيوتر نفسها ليست قوية بما يكفي لفعل أي شيء لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية فعله ".
كانت وزارة الدفاع البريطانية أول عميل لحوسبة ORCA ، حيث اشترت الكمبيوتر الكمي المدمج والمتين الذي يعمل بتقنية الفوتونات. نظرًا لأن الجسيم الأساسي في قلب جهاز PT-1 الخاص بـ ORCA خفيف بشكل أساسي ، فلا داعي للتبريد الفائق للمعالج في قلب العمليات الكمومية.
هذا يعني أنه يمكنهم إنتاج وحدات عمل بحجم أصغر إلى حد كبير ، وبدلاً من الجلوس في ثريا زجاجية في بيئة مجمدة بحجم سقيفة ، يشغل الكمبيوتر بعض الأرفف على رف مقاس 19 بوصة. مع وجود لوحة المفاتيح والشاشة في الأعلى ، يبلغ ارتفاعها 4.5 قدمًا ، ولكن لا يمكن تمييزها عن الكمبيوتر العادي بكل الطرق الأخرى. في الواقع ، كل مكون يتم تصنيعه منه متاح على الرف وموجود في جميع أنحاء صناعة الاتصالات.
وفقًا لتقرير "Thematic Intelligence: Quantum Computing" الصادر عن GlobalData ، هناك مجموعة متنوعة من الطرق لاستخدام الفوتونات كوسيلة للحساب الكمي. يمكن تحقيق التأثير عن طريق تقسيم حزم الضوء على سطح طاولة أو داخل شريحة سيليكون ، وضوئيات السيليكون هي تقنية ناشئة يتم فيها نقل البيانات بين رقائق السيليكون بواسطة الأشعة الضوئية ، وتحمل بيانات أكثر بكثير في وقت أقل من الموصلات الكهربائية التقليدية. يستطيع مصنعو أشباه الموصلات حفر آلاف المكونات الضوئية على رقائق واحدة من السيليكون ، مما يبشر بعصر ضوئيات السيليكون مع احتمال كسر القالب في الحوسبة الكمومية.
ستيفن تيل ، زميل أول في مختبر العلوم والتكنولوجيا الدفاعية (DSTL) بوزارة الدفاع ، يردد آراء موراي حول الفوائد التي تعود على المؤسسات من التبني المبكر في الحوسبة الكمومية ، والتحديات الضرورية لمعالجتها في بناء المعرفة المؤسسية.
"تعلم كيفية برمجة واستخدام الكمبيوتر الكمومي هو تمامًا مثل البرمجة واستخدام آلة رقمية: من الضروري تجربة برامج الكتابة والتعلم من الأخطاء. قال تيل: "قراءة الكتب والمجلات ليست بديلاً عن الخبرة العملية".
كما أنه من المهم أن يكون حل المشكلات ذات الأهمية الحقيقية للمؤسسة كأهداف ؛ يسمح ذلك باستغلال خلفية الحوسبة الرقمية ، وإذا تم اختيار المشكلات بشكل جيد ، فإنه يوضح القيمة المستقبلية المحتملة للمعالجة الكمية لأصحاب المصلحة وصناع القرار الذين يحددون الاستثمار المستقبلي للمؤسسة. "
يشير موراي إلى أنه في عمل ORCAs ، ينصب تركيز نشاطه الآن على تحديد المشكلات بالطرق التي يمكن التعامل معها بواسطة الكمبيوتر الكمومي. "كيف يبدو النجاح بالنسبة لنا هو: من يهتم بالحجم الكمي الهائل؟ ابحث عن أول تطبيق قيم يستفيد من نظام الكم. لم نصل إلى هناك بعد ، ولكن هذا ما نعتقد أن النجاح يبدو عليه.
"بمجرد أن تكون في هذا المشهد ... تكون في مشهد الحوسبة عالية الأداء. كانت هناك نقاشات حول ماهية المعيار الصحيح في عالم الحوسبة عالية الأداء ، ولكن على الأقل تلك المعايير مرتبطة بمشاكل حقيقية ".
أول كمبيوتر كمومي لحكومة المملكة المتحدة
في وصف المواصفات ، طلبت وزارة الدفاع عند شراء الكمبيوتر الكمومي ORCA PT-1 ، حتى كان واضحًا بشأن التطبيق العسكري العملي الأساسي للحوسبة الكمومية في الاستخبارات والمراقبة والاستطلاع (ISR) ، وأن هذه المعالجات يتم نشرها بشكل مثالي نحو حافة عمليات.
حاليًا ، يمكن نشر نوع واحد فقط من المعالجات ، وهو سلسلة آلات ORCA PT-1 ، بهذه الطريقة. إنها مدمجة ، ومحمولة على يد الإنسان ، ولا تتطلب سوى مصدر كهرباء بجهد 240 فولت تيار متردد ولا تتطلب تبريدًا بالتبريد.
قال تيل ، متحدثًا عن الممارسة في الحوسبة المتطورة لنقل غالبية متطلبات معالجة البيانات الواردة إلى حافة نظام المعلومات ، "لم يتم النظر في الحوسبة المتطورة والحوسبة الكمومية معًا من قبل" ، حتى تتم معالجة البيانات بسرعة ووضعها موضع التنفيذ حيث يتم جمعها في موقع المنصة. تتنافس متطلبات هذه الأنظمة بشكل طبيعي مع مكونات النظام الأساسي الأخرى من حيث الحجم والوزن والقوة.
"لا تتطلب المعالجات الكمومية السائدة التبريد إلى درجات حرارة ملي- كلفن مع ثلاجات تخفيف كبيرة متعطشة للطاقة فحسب ، بل يجب أيضًا أن تكون محمية من مصادر" الضوضاء "المغناطيسية والكهربائية والاهتزازية وغيرها من مصادر" الضوضاء "التي تدمر بسرعة المعلومات الكمومية المنقولة بواسطة كيوبت في المعالج.
"يعتقد الكثير من الناس أننا لن نكون قادرين على نشر معالجات ORCA ولكن هناك دليل على أن النشر ، على الأقل في البيئات الحميدة ، أمر ممكن حتى اليوم. نظرًا لأن الفوتونات تتفاعل قليلاً جدًا مع بيئتها ، فإن المعالجات الضوئية الكمومية لا تحتاج إلى حماية خاصة من الضوضاء باستثناء الضوضاء الاهتزازية وتدرجات درجة الحرارة المفرطة.
"تم نقل ORCA PT-1 عن طريق البر بين المواقع وتشغيله بنجاح عندما وصلت إلى وجهتها."
يشير تيل إلى أن التقنيات الكمومية الأخرى تدعم أيضًا الاستنتاج القائل بأن العملية المنتشرة في البيئات الحميدة ممكنة ، مستشهدة بمقياس تدرج الجاذبية بالذرة الباردة الذي تم نقله عبر مائة ميل عن طريق البر وتعرض للتسارع في عدة أضعاف قوة الجاذبية ، في عام 2016.
"[انها] عملت بنجاح ، لأول مرة ، في وجهتها. هناك أوجه تشابه في الأنظمة الفرعية المكونة ... للجهازين وليس من غير المعقول استنتاج أن التقنيات الكمومية قد لا تكون كلها هشة كما هو مفترض بشكل عام ، "قال حتى.
بعد الشراء من ORCA ، يُنسب أحيانًا إلى Till قوله إنه يأمل في رؤية كمبيوتر كمي في الجزء الخلفي من كل سيارة Land Rover ، وهو تعبير مغرم به Murray لأنه يشير إلى الخصائص شديدة التحمل والمكثفة لآلتهم. عند سؤاله عن الطموح الآن ، أعرب تيل عن وجهة نظر أكثر دقة.
"الكمبيوتر الكمومي في الجزء الخلفي من كل مركبة قيادة ، مع مشغل متخصص ومدرب هو أمر ممكن ، وبأسعار معقولة وممكن خلال السنوات الخمس إلى العشر القادمة. سيؤدي نشر المعالجات الكمومية بهذه الطريقة إلى زيادة وتيرة العمليات وتحسين جودة أدوات دعم القرار أو جعل هذه الأدوات ممكنة لأول مرة.
"على سبيل المثال ، يعد تحديد مسارات العمل المثلى [CoAs] مشكلة اندماجية صعبة. مع زيادة حجم المشكلة ، يزداد عدد شهادات توثيق البرامج المحتملة بسرعة كبيرة بحيث لا يمكن حلها باستخدام جهاز كمبيوتر رقمي.
"لا يزال يتم حل المشكلات يدويًا باستخدام الجداول والاعتماد على الخبرة. لقد أظهرنا في عام 2022 من خلال شركة PA Consulting أن المعالجات الكمية تقدم حلاً محتملاً لسرعة الماكينة غير متاح اليوم ".
تطبيقات الدفاع للحوسبة الكمومية
من خلال العمل مع PA Consulting في عام 2022 ، اختبرت DSTL كمبيوترًا كلاسيكيًا / كميًا هجينًا ضد المنافسة البشرية للإجابة على أسئلة ملموسة: طرح حالة واحدة حيث يكون أفضل مكان لأصول الاتصالات لضمان شبكة مرنة ؛ وفي حالة استخدام أخرى ، السعي لمعرفة أفضل طريقة لاستخدام الموارد المحدودة وقيودها على قائمة المهام.
كان كلا المثالين من المشكلات التي تتطور بسرعة إلى درجة تعقيد تتجاوز قدرة البشر أو حلول الحوسبة الكلاسيكية ، ولكن مع بنية الحوسبة الكلاسيكية لصياغة وتقديم البيانات ومعالج كمي لاستكمال العمليات الحسابية ، فاز النظام الهجين ، مع التغذية الراجعة مما يوضح أن النظام يجعل اتخاذ القرار أفضل وأسرع.
قال تيل: "أظهرت حالتا الاستخدام اللتان استكشفتهما PA أن الفائدة الكمية يمكن اشتقاقها حتى مع تقنية معالج الكم (NISQ) الصاخب اليوم". "مع المزيد من التطورات في هياكل الأنظمة والأجهزة ، زاد العمل من ثقتنا بأن معالجة المعلومات الكمية ستساعد في حل العديد من التحديات المهمة التي تواجه وزارة الدفاع.
"على حد علمي ، هذا هو العمل الأول لإثبات الفائدة الكمية باستخدام آلة NISQ لحل المشكلات العسكرية المهمة والتي ستبني الثقة وتدعم الاستثمار المستمر في معالجة المعلومات الكمية من قبل وزارة الدفاع البريطانية وحكومة المملكة المتحدة."
وفقًا لتيل ، فإن مشاكل الدفاع المتاحة من خلال الحوسبة الكمومية هي في الأساس مشاكل التحسين والتعلم الآلي ، وهي تحدث بشكل متكرر في ISR. "الأمثلة النموذجية هي تخطيط / إعادة تخطيط شبكات الاتصالات لدوريات الاستطلاع المنتشرة أو تحديد مسارات العمل المثلى في ضوء مجموعة من الخيارات الممكنة."
تستمر قائمة الثغرات المحتملة للحوسبة الكمية في الدفاع: تصميم منصات عسكرية مرنة وفعالة ؛ توقع مواد أو بطاريات جديدة للدروع ؛ وتشغيل ألعاب حرب دقيقة على نطاق واسع (أو محاكاة لإدارة الأزمات). ومع ذلك ، حتى يحذر من أن هذه تتطلب أجهزة كمبيوتر كمية قابلة للتكيف ومتسامحة مع الأخطاء "ولا نعرف متى أو ما إذا كانت هذه الأجهزة ستكون متاحة. تعد هندسة كمبيوتر كمي قابل للتكيف ومتحمل للأخطاء تحديًا هندسيًا كبيرًا ".
يستخدم النهج الذي تمت مناقشته جيدًا مفهوم تصحيح الخطأ ، وذلك باستخدام مجموعات من الكيوبتات لهزيمة الضوضاء العشوائية في النظام ، ومع ذلك هناك جدل لم يتم حله حول ما إذا كان تصحيح الخطأ بهذه الطريقة مسموحًا به من قبل القوانين الأساسية للفيزياء. تشير التجربة المحدودة الحالية إلى معدل الخطأ في مقاييس النظام مع عدد الكيوبتات.
"إذا كانت هذه نتيجة حقيقية ، فلن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية ممكنة. لا يُعرف الكثير عن سلوك مجموعات الكيوبتات لأنه لا يمكن محاكاة الأنظمة التي تضم أكثر من 42 كيوبت قبل نفاد موارد الذاكرة في الكمبيوتر الرقمي.
ولهذا السبب من المهم فهم الإمكانيات العملية لاستخدام ماكينات NISQ. يكاد يكون من المؤكد أن معالجات NISQ المستقبلية سيكون لديها كيوبتات "أكثر هدوءًا" مع اتصال أكبر بينها وقادرة على أداء إدخال / إخراج البيانات بمعدلات أعلى بكثير مما هي عليه حاليًا ".
ذكر تيل أن المؤسسات التي استثمرت في فهم ما يمكن القيام به باستخدام التحسين الكمي والتعلم الآلي الكمي ستكون في وضع قوي مقارنةً بأولئك الذين توقفوا عن العمل ، في انتظار أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتسامحة مع الأخطاء والقابلة للتطوير.
"نحن نعلم أن الدفاع يواجه العديد من المشكلات التي يمكن معالجتها من خلال أساليب التحسين والتعلم الآلي وأن استثماره الحالي لن يفيد سوى العمليات المستقبلية".
