ANONYMOUS : Кризата на тайната в следващите 10-15 години ще доведе до драматични последствия – икономически войни, кибернетичен шпионаж, социални катаклизми

ANONYMOUS
Днес квантовите компютри излизат от стените на лабораториите, утре – те ще променят живота ни до неузнаваемост
В началото на март 2018 Google обяви за създаването на най-мощния в света квантов компютър със 72 кюбитов процесор [q-bit, кюбит, квантов бит = основна единица информация в квантовия компютър]. Едновременно с това в Русия бе основан консорциум, който с държавна подкрепа ще подготвя отечествен отговор на разработките на Google. Новините за квантовите компютри се появяват почти ежедневно: въпреки че теоретичната идея за такава машина не е нова, едва през последните години се наблюдава пробив в нейната практическа реализация. Сега мощностите на компютрите растат експоненциално, а за лидерство в нарастването им се конкурират десетки лаборатории по цял свят.
Счита се, че квантовите компютри ще дойдат в замяна на класическите компютри, демонстрирайки по-добра производителност поради своята особена физическа природа. Символичен момент ще стане достигането на «квантово превъзходство» – границата, на която квантов компютър ще се справи със задача, непосилна за неговия традиционен «събрат». Въпреки, че това е само наполовина от работата: учените все още предстои да оптимизират свойствата на квантовите чипове, да изключат грешките при изчисленията, да разработят квантов софтуер за различни задачи, и да намалят размерите на устройствата.
След като тези въпроси бъдат решени, квантовите компютри неизбежно ще се втурнат на пазара. Техният търговски потенциал е колосален: от търсенето в бази данни до създаването на цифрово копие на целия човешки живот. При това самите разработчици не си представят докрай къде ще бъде полезен квантовият компютър: очаква се, че той ще вдъхнови зараждането на нови отрасли, в крайна сметка като преустрои цялата обичайна среда на обитаване. Трудно е дори да си представим мащаба на битовите и психологически трансформации, пред които светът ще се изправи в квантовото бъдеще. Обаче той ще донесе и нови опасности – включително до тотално разбиване на пароли, социални катаклизми и кибервойни.
Квантовият скок
В началото на ХХ век работите на Алберт Айнщайн и Макс Планк полагат основите на квантовата механика, която описва света на микрониво. Благодарение на нея разбрахме, че животът вътре в атома протича по напълно различни закони: координатите и скоростта на частиците се намират в «окачено», принципно неопределено състояние. От средата на ХХ век светът започва да се изпълва с технологии, основани на откритията на квантовата механика. Например лазерът – квантов източник на светлина. Като цяло, цялата компютърна индустрия – интегрални схеми, флаш памет, компактдискове и т.н. – дължи своето възникване на квантовата теория.
Обаче в тази епоха (наречена в някои източници «първа квантова революция») става въпрос само за колективно управление на потоците от частици. Да работят поотделно с частиците, учените тогава още не умеят. Подобни инициативи започват да се появяват в началото на 1980-те години. През 1981 г. физикът Ричард Файнман произнася знаменитата си реч в Масачузетския технологичен институт (MIT): «Понеже природата на материята е квантова, на атомно ниво може да я моделира само компютър, основан на квантови принципи». В същото време идеята за квантовите изчисления изразява съветският математик Юрий Манин.
Квантовият компютър се различава от традиционния компютър толкова радикално, колкото последният – от дървените сметала.
Ако в обикновения компютър единицата за съхраняване (запаметяване) на информация – един бит – приема значения 0 или 1, то квантовият бит (кюбит) може да се намира в двете състояния (0 и 1) едновременно («квантова суперпозиция»), тоест той може да бъде «измерен» само с някакъв процент вероятност. На практика това ускорява изчисленията в случаите, когато за намиране на отговор трябва да се обработват множество варианти. Например, ако на традиционен компютър се възложи търсене на изход от лабиринт, машината преминава през всички варианти на пътища (маршрути) от лабиринта, стига до всички възможни пътища без изход, и чак тогава изяснява, къде е изходът. Квантовият компютър ще се «движи» по всички маршрути едновременно и веднага ще даде отговор.
В края на ХХ век учените трудно се удава да напредват на квантовия фронт. През 1980-те идеята за квантовите изчисления изобщо не е конкретизирана. Едва през 1990-те са формулирани базовите операции – алгоритъм на Шор за разлагане на числата на прости множители (най-прост пример – 5×3 = 15) и алгоритъм на Гроувър за търсене на информация в бази данни. През 2000 г. в Мюнхенския технически университет създават 5-кюбитов компютър, а през 2001 г. в IBM представят 7-кюбитов компютър. По-нататък работата се прекъсва.
Алексей Федоров, старши научен сътрудник от Руския квантов център обяснява:
На прага между двата века създаването и управлението на квантовите системи изглежда нерешима задача. «Да се улови» един атом, да се контролират и измерят неговите характеристики – тогава за това е бил нужен научният прогрес от последните 10–15 години. Сега обаче базовият набор от технологии е създаден. Формирано е също и разбиране за това, на какво е способен един квантов компютър. Плюс това, през последните 3-4 години потекоха инвестиции за разработката. Тоест, всички трендове се сляха в едно.
Отделно внимание заслужава многообразието от квантови технологии: кюбитове се създават на основата на ултрастудени атоми (групата Лукин – Харвардски университет), йонни капани (групата в Мериленд), полупроводникови спинове (Intel), свръхпроводящи елементи (Google). Фактът, че няколко платформи едновременно са достигнали високо ниво е впечатляващ. Преди няколко години изглеждаше, че безалтернативна технология ще бъдат свръхпроводящите кюбитове, обаче сега са намерени други успешни решения. Това изостря конкуренцията.
2017 година носи истински пробив в мащаба на квантовите технологии. През юли международна група, ръководена от харвардския професор Михаил Лукин, създават 51-кюбитов компютър. През ноември Университетът на Мериленд се появява 53-кюбитов екземпляр, а в IBM – 50-кюбитов компютър.
Евгений Кузнецов от Singularity University [Университет на сингулярността – частна компания, университет, мозъчен център и бизнес инкубатор в Силиконовата долина, фокусирана върху научния прогрес и експоненциалните технологии] прогнозира:
Компютри с няколко стотин кюбита ще бъдат построени тази или следващата година, а компютри с няколко хиляди кюбита – след три до пет години. Растежът следва експоненциална траектория, какъвто обикновено е случаят с технологиите. Отначало напредъкът се извършва предпазливо, като изглежда, че нищо не се случва. Обаче сега се е натрупала критична маса от постижения, и развитието ще бъде изключително бързо.
Коварните кюбитове
Обаче пред разработчиците има остават немалко проблеми от теоретичен и практически характер. Операциите с кюбитове (квантови битове) са затруднени поради тяхната квантова природа. Най-малкият контакт с външната среда заплашва кюбита със загуба на ценното му състояние на суперпозиция. При това групите кюбитове може да бъдат в това състояние само заедно (свързани, или в кохерентно състояние): „счупването“ на един кюбит събаря цялата крехка система (декохерентност). В резултат на това, колкото повече са задействаните в компютъра кюбитове, толкова по-трудно е да се стабилизира тяхната работа. Засега не се удава поддържане на кюбитове в състояние на кохерентност и секунда – за това време не може да се изчисли много. Един от първите методи за борба с декохерентността предлага руският физик Алексей Китаев през 1997 г.
Според Иван Храпач от лабораторията за изкуствени квантови системи при Московския физико-технически институт:
Постепенно тези методи започват да работят все по-успешо. В 72-кюбитовата система на Google кохерентността не е намалена, в сравнение с 50-кюбитова, което вече е добре. Кюбитовете се учат да се разполагат така върху чип, че да не си пречат един на друг, а взаимодействието между тях да бъде контролируемо, да се включва и изключва по команда.
IBM Research⁄Flickr
Квантовият компютър засега изглежда голям и тромав, но скоро неговият вид ще стане «по-дружелюбен»
С удължаването на кохерентността е свързан и въпросът с точността на изчисленията: нестабилността на квантовите състояния води до грешки в резултатите, от които досега все още никой компютър не е избавен. За най-надежден се счита 9-кюбитовия компютър, създаден от Google през 2016 г. – в него вероятността за грешка е 0.1%. В IBM са се придвижили напред в написването на алгоритми за автоматична корекция на грешки. Евгений
Според Евгений Кузнецов от SingularityUniversity:
Методите за корекция на грешките са не по-малко важен параметър на компютъра от броя на неговите кюбитове. Това е върхът на квантовата мисъл, именно тук скоро ще се разгърне съперничеството.
Отделен е въпросът – ще се получи ли въобще – квантовият компютър да бъде направен универсален. На този етап се създават само симулатори, способни да работят с ограничен набор от алгоритми. Не може да им се зададе произволна задача. Обаче без мултифункционалността, присъща на класическия компютър, квантовият компютър не може да го замени напълно.

Сега се изучава вариант за създаване на универсален квантов компютър – към това потенциално водят избраните от Intel полупроводникови разработки. Няма теоретични бариери, всичко зависи от амбициите на разработчика. Въпреки, че по-вероятно изглежда използването на хибриден модел: зареждаме в квантовия компютър заложената в неговия алгоритъм задача, получаваме отговора и по-нататък продължаваме да работим на класическия компютър. – Алексей Федоров. Обаче според Евгений Кузнецов:
Както показва историята на иновациите, новите технологии не изместват старите, а ги допълват. Най-вероятно ще се наблюдава синергия: задачи, които най-добре се решават на квантов компютър, ще се преместят там, докато други ще останат на класически компютри.
При това по производителност квантовите компютри изпреварват традиционните компютри буквално пред очите ни: тази психологически важна граница се нарича «квантово превъзходство». Още през 2017 г. учените извършиха от изградени симулатори изчисления, които са недостъпни за обикновените персонални компютри. А най-новият 72-кюбитов процесор на Google, според компанията, окончателно ще засили «квантовото превъзходство».
Достигането на тази граница за мнозина изглежда формално «изобретение» на квантовия компютър. Въпреки, че Google все още трябва да представи задача, в която да бъдат доказани тези техни заявления. Засега това не е направено. Така или иначе, достигането на квантово превъзходство е въпрос на тази или следващата година, сега основните усилия са насочени натам.
Във всеки случай, технологичният свят може да въздъхне спокойно: законът на Мур (удвояване на производителността на процесора на всеки две години), най-вероятно, ще бъде продължен. През последните 40 години, в съответствие с тази закономерност, броят на транзисторите на процесорите се е увеличил от две хиляди до 1,3 млрд. Сега размерът на транзистор съставлява само няколко атома, и по-нататъшно му намаляване става все по-трудно (според различни прогнози, теоретичният минимум ще бъде достигнат в началото на 2020-те години). В същото време съвременните суперкомпютри, както и преди не са подходящи за решаване на много задачи.

Идеята за квантовите компютри е формулирана преди почти 40 години, но тогава те не са изглеждали толкова необходимо нещо – считало се, че класическият компютър има огромен потенциал. Но днес ние почти го изчерпахме. Така че квантовите компютри пристигат навреме.
Надпревара в съображенията
Паралелно с развитието на квантовото «желязо» протича друг епохален процес – откриването на публичен достъп до компютрите. Вече от няколко години всеки може да се възползва от модела от 5-кюбитовия модел Q-Experience на IBM: достатъчно е да отидете на сайта на проекта, да се свържете към компютъра чрез облачна връзка, и да пуснете на него свой алгоритъм. От тази възможност са се възползвали десетки хиляди програмисти от цял свят. Компанията също така е разработила 20-кюбитова версия за корпоративни клиенти (Daimler, Honda, Samsung, JPMorganChase). Аналогични проекти създава Google.

Според Иван Храпач: Тези на пръв поглед алтруистични стъпки са полезни за самите разработчици. Учените са насочени към създаване на универсално изчислително устройство и не виждат целия спектър от възможни приложения. Обратната връзка от потребителите е много удобна. Компаниите ще разберат кои алгоритми интересуват от хората и къде компютърът работи по-добре. Оказа се, за компютъра интересни задачи може да се измислят много, и даже такова «игрално» устройство ще бъде доста полезно. Излизането на квантовите компютри на пазара не е въпрос на достигане на определен брой кюбита, или други технически параметри. По-важно е да разберем, защо те са за обществото, ще бъде ли производството им оправдано. А за това трябва да се формира клиентска среда около продукта.
Алескей Федоров напомня: Комерсиализацията на технологиите не става в един момент, те се внедряват в бизнеса постепенно. Същата ситуация беше в зората на компютърната епоха, през 1960-те години на миналия век. Отначало не бе ясно кой се нуждае от компютри. Но хората за тях измислиха за тях различни задачи, и в един момент изобретението стана масово. С квантовия компютър вече е в ход аналогичен процес.

По оценка на Market Research Future, в близките години пазарът на квантови компютри (включително компоненти, квантов софтуер и услуги, базирани на него) ще нарасне с 24% на годишна база, достигайки към 2022 г. $2,5 млд. Сега D-Wave Systems [първата в света компания, която продава квантови компютри] вече доставя компютри с «квантово ускорение» на големи корпоративни клиенти (Google, Lockheed Martin, NASA) на цена $10-15 млн. за брой (наистина, някои експерти ги считат за условно-квантови).
Ако говорим за разработки, които могат да се появят на пазара през следващите години –очаква се жестока конкуренция. Google, IBM, Intel и Microsoft са инвестирали в своите проекти, според различни оценки, до $ 500 млн. Наравно с тях в квантовата надпревара участват стартиращи [start-up]компании (Rigetti Computing, IonQ, Quantum Circuits), които се създават на базата на университетите и се ползват с все по-голямото внимание на инвеститорите (през миналата година Quantum Circuits е привлякъл $18 млн).

Освен това, в САЩ, Европейския съюз, Япония и Китай действат правителствени квантови програми. Така например, в началото на март 2018 бе съобщено, че китайските власти са си поставили за цел да създадат национален 50-кюбитов компютър до 2022 г. Общо в света броят на патентите за квантови изчисления е нараснал четирикратно през периода 2014-2017 г. САЩ са водещи с 800 патента през 2017 г., 200 патента от Япония и Китай (данни от Thomson Innovation Database).
Кой ще стане локомотив на квантовата надпревара?

За стартиращите фирми е по-добре да задействат решения за гъвкавост и креативност. Големите корпорации имат повече ресурси за подбор на разработчици, обаче тяхната корпоративна система за управление е тежка. Днес проблемите на квантовите компютри носят фундаментален характер, затова плюсовете и минусите на тези играчи са уравновесени. Когато теоретичните въпроси бъдат решени, започва период на спин-оф [отделяне, отцепване]: от корпорациите и от университети ще се зараждат нови компании, специализиращи се в отделни технически решения. С други думи, квантовите компютри ще навлязат на пазара не под марката на Google, Intel или MIT, а като самостоятелни, създадени от нулата марки. Също както на времето ARM, създадена като като спин-оф на Кеймбриджския университет, накара Intel да излезе от пазара на мобилни технологии. – казва Евгений Кузнецов.
На квантовия пазар се появяват различни ниши и ще се намерят задачи за всички Сега индустрията се намира в продуктивен етап: разработчиците нямат тайни, ние работим максимално най-открито. Това улеснява притока на нови играчи. Обаче съвсем скоро компютърът ще се превърне от физическа задача в инженерна задача, ще започне конкуренцията и откритостта ще изчезне. – добавя Иван Крапач.
В квантовата надпревара участва и Русия, макар и със забележимо изоставане от водещите страни. През 2011 г. е създаден Руския квантов център на база на научния град «Сколково». През 2016 г. той привлече 400 милиона рубли от „Газпромбанк“ и демонстрира на профилните конференции отделни разработки, но не и цял компютър. Скоро центърът ще има конкурент: в началото на март стана известно създаването на консорциум с цел създаване на 50-кюбитов компютър за пет години. Споразумението за това е подписано от Московския държавен университет, Внешэкономбанк, «ВЭБ-инновации», Фонд перспективных исследований и АНО «Цифровая экономика». Очаква се инвестициите в проекта да възлизат на 900 млн. рубли.

У нас мащабът на инвестициите в квантовите компютри не е голям, за цялата страна той е сравним с една-две американски стартиращи компании. При тези условия – според Алексей Федоров – шансът да се догонят лидерите ще се появи, само ако Русия предложи някаква оригинална идея. Също така остава варианта да се конкурираме не в хардуера «желязото», а в създаването на квантов софтуер [квантово програмно обезпечаване], алгоритми.

А според Евгени Кузнецов – Преимущество на Русия в квантовата надпревара ще стане силната физико-математическа школа и възможността за по-евтино набиране на таланти, отколкото в САЩ. Минус се явява руската мудност в организационните въпроси.
Пълен разчет
Къде може да намери приложение квантовият компютър? Най-често срещаният отговор буквално цитира идеята на Ричард Фейнман преди 40 години: «да симулира физиката». Благодарение на ускореното моделиране на биологичните процеси, квантовите компютри ще бъдат полезни в химическата промишленост, фармацевтичните продукти и разработването на нови материали.

Изчислителната химия е не само създаването на лекарства, но и цифровото моделиране на човешкото тяло като цяло – отбелязва Евгений Кузнецов. – Сега медицината се движи към това, че не са ни нужни лекарства, а правилно въздействие на клетките, така че те самите да регулират процесите в тялото. Обаче за това е нужно друго ниво на разбиране на функциите му на микрониво. Ще се изисква изцяло цифров двойник на човека, на който може да се отработят сценариите на протичане на болестите. Аналогични двойници могат да бъдат създадени по принцип за всички живи същества. Очаква ни виртуализация на реалността. Да си представим не само цифров модел на предавка или двигател, а цифров град, в който може да се увеличи детайлизацията на всеки обект чак до колелцето, да го разчетете надлъжно и напречно. Радикално ще се променят логистиката и процесите на управление. Ако няма сривове, след 5-7 години тези въпроси ще бъдат преведени в квантови релси.
Shutterstock
Моделирането на химически съединения с квантов компютър ще открие широки възможности за създаване на нови материали и лекарства.
Друга сфера на приложение на квантовите компютри ще бъде изкуственият интелект. В Google още от 2013 г. изследват възможностите си за програмиране на невронни мрежи и машинно обучение. Сега на изкуственият интелект ще се наложи да пресее маса от варианти за избор на най-добрата алтернатива – квантовите алгоритми ще му позволят да реагира незабавно, почти импровизирайки.
Досега човекът е създал само ограничен изкуствен интелект [ИИ], ограничен в решаването на специални задачи – казва Иван Крапач. – Ако са ни нужни универсални роботи, ще се наложи да се обърнем към квантовите методи. Но трябва да действаме внимателно, в противен случай те незабавно ще станат по-умни от човек.
Заседяхме се на Земята
Космическата експанзия обещава невероятни печалби за бизнеса, но тя може така и да си остане красива мечта.

Също така перспективни изглеждат квантовите изчисления в космонавтиката.
Сега ние събираме много данни за космоса, но анализираме нищожна част от тях –Квантовият компютър ще помогне да увеличим тази част – в идеалния случай до 100%, което ще доведе до качествен напредък в разбирането на космоса. Напълно е възможно негова помощ успеем да намерим други пригодни за живот планети или следи от извънземни цивилизации. А когато се стигне до колонизация на космоса, квантовите компютри ще бъдат полезни при създаването на максимално трайни, но леки материали, както и новите видове гориво за космически кораби. – казва Алексей Федоров.
Обаче всички досега известни варианти не изчерпват потенциалните преимущества на квантовите компютри. Както отбелязват експертите, много направления просто не може да се прогнозират, понеже те сами ще бъдат създадени благодарение на масовото внедряване на квантовите изчисления.
Главното е да се създаде квантова инфраструктура, и тя вече ще формира около себе си нови отрасли, пазари – подчертава Евгений Кузнецов. – Около традиционните персонални компютри е възникнала днешната дигитална [цифрова] икономика, за която никой в средата на ХХ-и век не е помислял. Квантовите компютри, на свой ред, ще ни пренесат в някакъв друг свят.
Отделен въпрос е – дали квантовите компютри ще останат индустриални машини, или ще намерят своето място на бюрото или в джоба на всеки потребител.

Преди половин век се смяташе, че в света има пазар примерно за около пет огромни компютъра. Времето реши друго – констатира Федоров. – Същото е и с квантовия компютър: сега производството му изглежда нерентабилно за персонални цели, обаче след 20-30 години всичко може да се промени. Размерите ще бъдат намалени и дори по-рано. Всъщност ще трябва да се намаляват не чиповете, а инфраструктурата, която ги поддържа, а това е ясна инженерна задача, която сега просто не е приоритет. Докато квантовите компютри са в лабораториите, не е толкова важно колко пространство те заемат. Друг въпрос е, ако се формира комерсиален интерес. С всяка технология производителят първо постига производителност, а след това преминава към опростяване на интерфейса.
Сбогом, лично пространство
Има в настъпващата квантова ера също и въпроси, предизвикващи тревога. Най-простият алгоритъм на Шор е истинска бомба в днешната система за информационна сигурност. Повечето кодове (пароли, ПИН-кодове, блокчейн-ключове) са проектирани с отчитане на това, че традиционният компютър няма да може да разложи многозначно число на прости множители – ще трябва да обработи изключително много варианти. Квантовият компютър ще се справи със задачата с лекота. А това значи, за никаква секретност не се налага да мислим в бъдеще. Днес инженерите разработват пост-квантова криптография – шифри, които да се окажат «не по възможностите» на квантовия компютър. Но дали те ще успеят в срок – въпросът е отворен.

Защитеността на личните, на банкови данни, да не говорим за държавните тайни, може да изчезне като дим – предупреждава Евгений Кузнецов. – Това е сериозно предизвикателство! Малко вероятно е човечеството да е готово за тотално разсекретяване. Цивилизацията в голяма степен разчита на мълчанието за болни въпроси, за скрити договорености. Спомнете си какви скандали се разразиха заради публикуването на Панамските досиета. Но те бяха обработени ръчно и не се съпоставяха с друга информация. Какво би станало, ако изкуственият интелект извърши сравнения в огромно количество комбинации и връзки? Частната собственост също се нуждае от тайна. Нали заключвате вратата на апартамента, когато излизате? Кризата на тайната в следващите 10-15 години ще доведе до драматични последствия – икономически войни, кибернетичен шпионаж, социални катаклизми. Наближава жестока трансформация.

Ние от bultimes публикуваме ANONYMOUS съдържание на основание т. 2.4 от Statement of Rights and Responsibilities на Фейсбук: ”Когато публикуваш съдържание или информация, използвайки настройката “публично”, това означава, че позволяваш на всеки, включително и на лица извън Фейсбук, достъпа до и употребата на тази информация, както и да я свързват с теб (например с твоето име и профилна снимка).

Вижте още от bultimes