Wissenschaftliche Organisationen aus verschiedenen Ländern arbeiten an der Schaffung der sogenannten. Quantencomputer. Geräte einer speziellen Architektur sollen eine erhöhte Performance aufweisen und die Lösung einer Reihe von Aufgaben vereinfachen. Es ist ganz natürlich, dass die Militär- und Verteidigungsindustrie bereits an solchen Technologien interessiert ist.
Umsetzungsprozess
Die ersten, die auf den Markt kamen, waren Quantencomputer der kanadischen Firma D-Wave Systems. Seit 2007 hat es eine Reihe von Prozessoren eingeführt, die auf einer unterschiedlichen Anzahl von Qubits mit unterschiedlichen Fähigkeiten basieren. In diesem Fall handelt es sich nicht um einen vollwertigen Universalcomputer, sondern um ein spezialisiertes System zur Lösung bestimmter Probleme. Dabei zeigte sich jedoch die Überlegenheit gegenüber den Systemen der „klassischen“Architektur.
Im Jahr 2011 wurde ein 128-Qubit-D-Wave-One-Computer eingeführt, der nur diskrete Optimierungen durchführen kann. Schon bald gab es mit Lockheed Martin einen Vertrag im Wert von über 10 Millionen Dollar über die Lieferung einer Maschine und deren anschließende Wartung. In ihren Mitteilungen wies die Kundenorganisation darauf hin, dass der Computer verwendet wird, um die komplexesten Probleme und Probleme im Bereich der Software zu lösen.
2013 bestellte Lockheed-Martin einen neueren D-Wave-Two-Computer mit einem 512-Qubit-Prozessor. Der nächste Computer, Typ 2, wurde für ein gemeinsames Projekt an eine Gruppe von Organisationen unter der Leitung der NASA verkauft. Der dritte Vertrag mit Lockheed Martin wurde 2015 unterzeichnet und sah die Lieferung des D-Wave 2X-Produkts mit 1.152 Qubits vor. Weitere Kunden sind die NASA und das Los Alamos National Laboratory. Anfang 2017 begann der Verkauf des D-Wave 2000Q-Computers (2048 Qubits) - man interessierte sich wieder für die NASA und verwandte Organisationen. Das Advantage-System (5640 Qubits) kommt dieses Jahr auf den Markt.
Im Juni wurde bekannt, dass das Quantenrechenzentrum USC-Lockheed Martin auf Basis der USC Viterbi Technical School in naher Zukunft einen Advantage-Computer erhalten wird. Es wird erwartet, dass der Erhalt einer leistungsstärkeren Maschine die Fähigkeiten des Zentrums zur Durchführung von Forschungen und zur Entwicklung praktischer Systeme erweitern wird. Darüber hinaus wird der neue Computer in den Quantenwolkenkomplex Leap aufgenommen.
Trotz Kritik und eingeschränkten Fähigkeiten sind Quantencomputer von D-Wave Systems Gegenstand mehrerer Verträge und werden seit fast 10 Jahren in verschiedenen Organisationen eingesetzt. Der Hauptkunde dieser Ausrüstung war Lockheed Martin, eines der größten Unternehmen der Verteidigungsindustrie, das in allen wichtigen Bereichen tätig ist. Auch Wissenschafts- und Forschungsorganisationen, inkl. im angewandten Bereich beschäftigt.
Die Zukunft von DARPA
Im März dieses Jahres startete die Agentur DARPA ihr Quantencomputerprojekt. Im Rahmen des Programms ONISQ (Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum) ist geplant, allgemeine Fragen zur Erstellung neuer Computer zu erarbeiten und dann fertige Samples zu erstellen. An der Arbeit sind sieben „Teams“beteiligt, an denen sich Wissenschafts- und Designorganisationen beteiligen.
Die erste Phase von ONISQ wird anderthalb Jahre dauern, in deren Rahmen Techniken und Algorithmen zur Lösung kombinatorischer Optimierungsprobleme entwickelt werden sollen. Dann beginnt die zweite Stufe, deren Zweck es sein wird, die erstellten Produkte und Programme zu verbessern. Die Ergebnisse des Programms können sowohl im militärischen als auch im zivilen Bereich Anwendung finden.
DARPA berücksichtigt, dass die Entwicklung eines universellen Quantencomputers eine äußerst schwierige Aufgabe ist, und setzt sich daher vorerst bescheidenere Ziele. Insbesondere ist es erlaubt, Simulatoren eines Quantensystems basierend auf einem "normalen" Computer zu erstellen oder eine hybride Architektur mit einer begrenzten Anzahl von Qubits zu entwickeln.
Russische Perspektive
In anderen Ländern inkl. in Russland hinkt die Entwicklung des Quantencomputings noch hinterher. Simulatoren und Prototypen mit einer geringen Anzahl von Qubits sind verfügbar und im Einsatz, aber kommerzieller Verkauf und Masseneinführung sind noch in weiter Ferne. Es werden jedoch die notwendigen Maßnahmen ergriffen und die gewünschten Ergebnisse werden sich in naher Zukunft zeigen.
So hat beispielsweise die Russian Foundation for Advanced Study 2018 das Projekt „Optical Systems of Quantum Computing“ins Leben gerufen. Im Rahmen dieser Arbeit 2018-2021. Es war geplant, Demonstratoren von Computern mit 50 Qubits basierend auf neutralen Atomen und integrierten optischen Schaltkreisen zu erstellen. Der Hauptvollstrecker des Projekts ist die Moskauer Staatliche Universität, und eine Reihe anderer Organisationen sind ebenfalls an der Arbeit beteiligt.
Die Arbeiten sind noch nicht abgeschlossen, aber die Einführung neuer Technologien ist bereits geplant. Quantencomputing ist einer der zukunftsträchtigen Bereiche des Landesprogramms Digitale Wirtschaft. In verschiedenen Industrie- und Wirtschaftsbereichen werden grundsätzlich neue Rechner mit gesteigerter Leistung zum Einsatz kommen. Für die Zukunft wird vorgeschlagen, Mittel zur Quantenverschlüsselung mit erhöhter Stabilität zu schaffen.
Das aktuelle Projekt ist für verschiedene staatliche und kommerzielle Organisationen von Interesse. So sind der staatliche Konzern "Rosatom" und einige große staatliche und kommerzielle Organisationen an der Beschaffung von Quantencomputern interessiert. Die Möglichkeit ihrer Einführung in die Rüstungsindustrie wird diskutiert - konkrete Unternehmen wurden jedoch noch nicht genannt. Anscheinend werden solche Probleme in Zukunft nach dem Erscheinen fertiger Prototypen gelöst.
Angewandte Aufgaben
Der Hauptvorteil von Quantencomputern gegenüber herkömmlichen Systemen ist ihre höhere Leistung. Dadurch kann eine Quantenmaschine für schnellere Berechnungen oder für die Durchführung spezifischer Arbeiten verwendet werden, bei denen der Einsatz anderer Mittel nicht praktikabel ist.
Lockheed Martin beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit Quantencomputing. Detaillierte Informationen über den Fortschritt solcher Arbeiten, ihre tatsächlichen Aufgaben und die erzielten Erfolge wurden nicht bekannt gegeben. Gleichzeitig wurden allgemeine Daten zu den Zielen und Perspektiven der Richtung veröffentlicht, die unterschiedliche Schlussfolgerungen zulassen.
Die offiziellen Ressourcen des Unternehmens erwähnen die Verwendung von Computern von D-Wave Systems als Software-Verifizierungstool. Beim Schreiben von Software sind bestimmte Fehler möglich, deren Suche und Korrektur viel Zeit und Ressourcen des Entwicklers in Anspruch nimmt. Ein Hochgeschwindigkeits-Quantencomputer kann ein Programm in kürzester Zeit testen und vorhandene Probleme erkennen. In manchen Fällen ist Quantencomputing in der Lage, Aufgaben zu bewältigen, die für Systeme mit anderen Architekturen praktisch unlösbar sind.
Code-Review kann in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Als Beispiel wird die Entwicklung von Software für die Luftfahrttechnik angeführt. Der Quantencomputer wird den Prozess des Testens und Verbesserns von Programmen beschleunigen, und ein fertiges und sicheres Flugzeug wird zum Testen freigegeben. Auch für Berechnungen in der Raumfahrt eignen sich Hochgeschwindigkeitsrechner. Innerhalb weniger Millisekunden ist D-Wave Two in der Lage, viele Flugbahnen des Schiffes zu berechnen und die optimale auszuwählen.
Performance-Probleme
Lockheed Martin verfügt nur über Quantensysteme mit begrenzten Fähigkeiten – Computer von D-Wave lösen nur ein schmales Spektrum an Problemen. Zukünftig wird das Aufkommen universeller Systeme mit breiten Anwendungsbereichen erwartet, die es ermöglichen, die mögliche Geschwindigkeit besser auszunutzen.
Die schnelle Verarbeitung großer Datenmengen oder die Durchführung komplexer Berechnungen wird in verschiedenen Bereichen der Verteidigungsindustrie gefordert. Die Einführung von Quantencomputern wird die Softwareentwicklung vereinfachen, das Design verschiedener Strukturen beschleunigen und die Anzahl der erforderlichen Feldtests reduzieren. Hohe Leistung kann bei der Erstellung von Systemen mit künstlicher Intelligenz für verschiedene Zwecke nützlich sein - dieser Bereich ist auch für Militär- und Verteidigungsunternehmen interessant.
Im Allgemeinen sind Quantencomputing sowie Allzweck- oder Spezialcomputer von großem Interesse und können in verschiedenen Bereichen Anwendung finden. Die Einführung solcher Systeme begann erwartungsgemäß mit dem Verteidigungssektor und wird höchstwahrscheinlich führend bei der Entwicklung neuerer Technologien und Designs sein. Es ist zu erwarten, dass die grundlegend neuen Computermethoden die Industrie und das Militär ernsthaft beeinträchtigen werden, aber wie schnell solche Ergebnisse erscheinen und welche Veränderungen dazu führen werden, ist noch nicht klar.
