Квантовая технология, как ожидается, в конечном итоге окажет далеко идущее воздействие на вооруженные силы, разведывательные службы и правоохранительные органы. Термин "квантовое превосходство" относится к способности квантового компьютера выполнять задачи, выходящие за пределы возможностей самых мощных современных суперкомпьютеров.
27 мая 2025 года на сайте Quantum Insider опубликованы выводы доклада «Оценка угроз Разведывательного управления США (DIA) за 2025 год», касающиеся квантовых технологий. Несмотря на достижения, в докладе признается, что масштабируемые квантовые компьютеры, способные взломать шифрование с открытым ключом, пока не работают, и что прогресс неравномерен. Фотонные системы, сверхпроводящие схемы и машины с захваченными ионами сталкиваются с серьезными препятствиями в стабильности, исправлении ошибок и производстве. Квантовые сенсорные устройства, хотя и находятся на более высоком уровне, все еще громоздки и энергоемки для большинства военных полевых приложений... См. 30.05.2025 Противоборство на «фронте» квантовых технологий. Овчинский В.С.
17.01.2026 Квантовые технологии и оборонная политика США. Овчинский В.С.
Почему это важно для России
05.12.2025 Кванты и лазеры Красного дракона. Овчинский В.С.
США в замешательстве
07.11.2025 Постквантовая криптография. Овчинский В.С.
Необходимость создания в целях национальной безопасности
(Постквантовая криптография (PQC) — это область криптографии, разрабатывающая алгоритмы, устойчивые к атакам как со стороны классических, так и квантовых компьютеров. Цель — защитить существующие криптографические системы от угроз, создаваемых квантовыми компьютерами
Отличие от квантовой криптографии: постквантовые алгоритмы реализуются на классических вычислительных устройствах, не требуя квантовых каналов связи
Алгоритмы PQC основаны на математических задачах, которые квантовые компьютеры решить не могут. В то время как традиционные криптографические методы, например RSA и ECC, могут быть легко взломаны квантовыми компьютерами, алгоритмы PQC устойчивы к таким атакам. hostragons.com
Важно: постквантовая криптография не заменяет традиционные методы защиты, а дополняет их, создавая гибридные решения для периода перехода к квантово-безопасному будущему.
Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) активно работает над стандартизацией алгоритмов PQC. В августе 2024 года NIST официально утвердил первые три стандарта PQC. NIST установил, что системы с классической криптографией должны быть признаны устаревшими после 2030 года, а после 2035 года их использование должно полностью прекратиться.
Перспективы. Переход на PQC не может быть мгновенным — большинство современных сетевых протоколов тесно связаны с инфраструктурой открытых ключей, основанной на RSA и ECC. Резкая замена алгоритмов может привести к несовместимости и сбоям в работе систем. Для решения этой проблемы разработчики используют гибридные криптографические схемы, которые объединяют классические и постквантовые алгоритмы. Адм.)
03.11.2025 Квантовые технологии для военного применения. Овчинский В.С.
США, Великобритания и их союзники активизировали их разработку
27.06.2024 ИИ и квантовые технологии для войны. Елена Ларина, Владимир Овчинский (ИИ 2024)
Удвоенная разрушительная сила
30.05.2025 Противоборство на «фронте» квантовых технологий. Овчинский В.С.
Разведка Пентагона «бьет в колокола»
03.01.2024 Что такое квантовые технологии? Александр Печень
Объясняет Александр Печень — доктор физико-математических наук, заведующий отделом математических методов квантовых технологий в Математическом институте им. В. А. Стеклова РАН, профессор МИСиС, заместитель заведующего кафедрой «Методы современной математики» в МФТИ. Большая российская энциклопедия
01.11.2021 Главная технология ближайшего будущего. Битва за кванты. Елена Ларина и Владимир Овчинский
Предлагаем ознакомиться с докладом исследовательской корпорации RAND «Коммерческие и военные приложения квантовых технологий и сроки их реализации» (октябрь 2021 года). В докладе предложен краткий анализ важнейших квантовых технологий и дается представление об их развитии во всем мире
23.01.2021 Квантовые компьютеры: когда наступит будущее? Вопрос науки с Алексеем Семихатовым.
Квантовые технологии - как кот Шредингера. То ли они есть, а то ли нет. Ученые говорят о них как о вполне реальной вещи, но на деле выходит, что до их применения на практике еще очень долго. Так наступит ли когда-нибудь век квантовых технологий? Разберемся вместе с Алексеем Семихатовым.
Гость — Алексей Рубцов — доктор физико-математических наук, профессор Кафедры квантовой электроники Физического факультета МГУ, профессор РАН, руководитель научной группы Российского квантового центра, главный научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н. Л. Духова.
28.12.2020 Квантовое превосходство. Елена Ларина Владимир Овчинский
И квантовая мобилизация
03.12.2020 Что такое КВАНТОВЫЙ компьютер? | РАЗБОР
Что такое квантовый компьютер? Мощнее ли он обычного ПК? И правда ли что квантовый комп существует в другом измерении? Сегодня отвечаем на все стыдные вопросы про квантовые компьютеры и вычисления. Droider.Ru
20.11.2020 "Квантовый компьютер - атомная бомба XXI века". Онлайн-лекция Алексея Кавокина
На связи из Англии руководитель лаборатории оптики СПбГУ Алексей Кавокин — первый за всю историю российский ученый, удостоенный премии Quantum Devices Award. Алексей расскажет про Атомную бомбу ХХI века — квантовый компьютер. Он совершил открытие, которое позволит запустить массовое производство таких компьютеров. Это открытие упростит процессы создания вакцин от многих болезней — от рака до коронавируса, ведь разработка вакцины — не что иное, как перебор вариантов построения молекул... Клуб 418
02.02.2019 Квантовые вычисления и защита
IISS: The Military Balance 2019. Часть 3. Потенциальные военные применения; национальные программы; квантовое превосходство.
17.01.2026 Квантовые технологии и оборонная политика США
Почему это важно для России
«Квантовые технологии переводят принципы квантовой физики в технологические приложения. Для большинства применений квантовые технологии ещё не достигли зрелости. Однако они могут иметь значительные последствия для будущего военных систем зондирования, шифрования и связи, а также для парламентского надзора, выдачи разрешений и распределения бюджетных средств», - говорится в докладе Исследовательской службы Конгресса США (CRS) от 14 января 2026 года.
Ключевые понятия в квантовых технологиях
Квантовые приложения основаны на ряде ключевых концепций, включая суперпозицию, квантовые биты (кубиты) и запутанность. Суперпозиция относится к способности квантовых систем существовать одновременно в двух или более состояниях. Кубит — это вычислительная единица, которая использует принцип суперпозиции для кодирования информации. (Классический компьютер кодирует информацию в битах, которые могут представлять двоичные состояния 0 или 1, тогда как квантовый компьютер кодирует информацию в кубитах, каждый из которых может одновременно представлять 0, 1 или комбинацию 0 и 1. Таким образом, мощность квантового компьютера экспоненциально возрастает с добавлением каждого кубита).
Национальная академия наук (NAS) США определяет квантовую запутанность как свойство, при котором «два или более квантовых объекта в системе могут быть неразрывно связаны таким образом, что измерение одного определяет возможные результаты измерения другого, независимо от расстояния между двумя объектами». Запутанность лежит в основе ряда потенциальных военных применений квантовых технологий. Однако как суперпозиция, так и запутанность трудно поддерживаются из-за хрупкости квантовых состояний, которые могут быть нарушены мельчайшими движениями, изменениями температуры или другими факторами окружающей среды.
Военное применение квантовых технологий
Совет по оборонной науке (DSB), независимый научный консультативный совет Министерства обороны США (DOD), пришел к выводу, что три области применения квантовых технологий наиболее перспективны для DOD: квантовое зондирование, квантовые компьютеры и квантовая связь. DSB заключил, что квантовый радар, который, как предполагается, способен определять характеристики (например, радиолокационное сечение, скорость) объектов, включая малозаметные, или «стелс», самолеты, «не обеспечит DOD улучшенных возможностей».
Квантовое зондирование
Квантовые датчики используют принципы квантовой физики в своих сенсорах. По данным DSB, это наиболее зрелое военное применение квантовых технологий, и в настоящее время оно «готово к использованию в боевых условиях». Квантовые датчики могут обеспечить ряд расширенных военных возможностей. Например, они могут предоставить альтернативные варианты позиционирования, навигации и синхронизации, которые теоретически позволят вооруженным силам продолжать действовать в полную силу в условиях ухудшения или полного отсутствия сигнала GPS.
Кроме того, квантовые датчики потенциально могут использоваться в целях разведки, наблюдения и рекогносцировки (ISR). Квантовые датчики могут позволить военнослужащим обнаруживать подземные сооружения или ядерные материалы благодаря их ожидаемой «чрезвычайной чувствительности к внешним воздействиям». Чувствительность квантовых датчиков также может позволить военным обнаруживать электромагнитные излучения, тем самым повышая возможности радиоэлектронной борьбы и потенциально помогая в обнаружении скрытых сил противника.
Квантовые компьютеры
Согласно данным NAS, «квантовые компьютеры — единственная известная модель вычислительных систем, которая может обеспечить экспоненциальное ускорение по сравнению с современными компьютерами». Хотя квантовые компьютеры находятся на относительно ранней стадии разработки (по оценкам Министерства обороны США от июля 2025 года, это произойдет не раньше чем через 10 лет), достижения в этой области, многие из которых обусловлены развитием коммерческого сектора, могут иметь последствия для будущего искусственного интеллекта (ИИ), шифрования и других дисциплин.
Например, некоторые аналитики предполагают, что квантовые компьютеры могут способствовать развитию машинного обучения, одной из областей искусственного интеллекта. Такие достижения могут стимулировать улучшение распознавания образов и машинной идентификации целей. Это, в свою очередь, может позволить разработать более точные летальные автономные системы вооружения или оружие, способное выбирать и поражать цели без необходимости ручного управления или дистанционного управления. Квантовые компьютеры с поддержкой ИИ потенциально могут быть объединены с квантовыми датчиками для дальнейшего повышения эффективности военных приложений разведки, наблюдения и рекогносцировки (ISR).
Кроме того, квантовые компьютеры потенциально могут расшифровывать секретную или контролируемую несекретную информацию, хранящуюся на зашифрованных носителях, что позволит противникам получить доступ к конфиденциальной информации о военных или разведывательных операциях США. Некоторые аналитики отмечают, что для взлома существующих методов шифрования, вероятно, потребуются значительные достижения в области квантовых вычислений. По их оценкам, для взлома существующих методов шифрования потребуется квантовый компьютер с примерно 20 миллионами кубитов. Однако самые передовые квантовые компьютеры сегодня, как правило, имеют не более 1000 кубитов.
Практическое применение квантовых компьютеров, вероятно, будет реализовано только после улучшения показателей ошибок и разработки новых квантовых алгоритмов, программных средств и аппаратного обеспечения. Хотя, как отмечает NAS, «нет гарантии, что эти технические проблемы будут преодолены», некоторые аналитики считают, что первый прототип квантового компьютера, способный взламывать существующие методы шифрования, может быть разработан в период с 2030 по 2040 год. По этой причине NAS заключает, что «разработка, стандартизация и внедрение постквантовой криптографии имеют решающее значение для минимизации вероятности потенциальной катастрофы в области безопасности и конфиденциальности».
В мае 2022 года администрация Байдена опубликовала Меморандум по национальной безопасности о содействии лидерству Соединенных Штатов в квантовых вычислениях при одновременном снижении рисков для уязвимых криптографических систем (NSM-10), который «предписывает конкретные действия, которые должны предпринять ведомства, поскольку Соединенные Штаты начинают многолетний процесс перехода уязвимых компьютерных систем на криптографию, устойчивую к квантовым атакам». В NSM-10 отмечается, что директор Национального института стандартов и технологий (NIST) и директор Агентства национальной безопасности (NSA) должны разработать технические стандарты для криптографии, устойчивой к квантовым атакам. NIST выпустил первую часть этих стандартов в августе 2024 года. NSA заявило, что «ожидает завершения перехода к устойчивым к квантовым атакам алгоритмам для систем национальной безопасности к 2035 году в соответствии с NSM-10».
Квантовые коммуникации
Квантовые коммуникации — за исключением квантового распределения ключей (КРК), обсуждаемого ниже — находятся на начальной стадии развития. Теоретически, квантовые коммуникации могут обеспечить безопасное объединение в сеть квантовых военных датчиков, компьютеров и других систем, тем самым повысив производительность по сравнению с одной квантовой системой или классической коммуникационной сетью. Объединение в сеть также может повысить устойчивость таких систем на расстоянии, расширяя потенциальные условия их развертывания (т.е. за пределы лабораторных условий, обычно необходимых для поддержания хрупких квантовых состояний). Это может значительно расширить военное применение квантовых коммуникаций.
Квантовое распределение ключей (КРК) — это подвид квантовой связи, использующий принципы квантовой физики для шифрования информации, которая затем передается по классическим сетям. КРК обеспечивает безопасную связь, которую невозможно перехватить скрытым образом во время передачи. (Однако связь с использованием КРК может быть перехвачена на ретрансляционных станциях, необходимых в настоящее время для передачи на большие расстояния). Сообщается, что Китай вкладывает значительные средства в КРК и завершил строительство квантовой сети Пекин-Шанхай протяженностью около 1250 миль в 2016 году. Тем не менее, Орган по разрешению споров пришел к выводу, что «КРК не был реализован с достаточной эффективностью или уровнем безопасности для использования в целях Министерства обороны».
Избранные законодательные инициативы США
Конгресс принял множество положений, касающихся квантовых технологий. Например, раздел 234 Закона о национальной обороне на 2019 финансовый год, впоследствии измененный разделом 220 Закона о национальной обороне на 2020 финансовый год и разделом 219 Закона о национальной обороне на 2024 финансовый год, предписывает министру обороны осуществлять программу исследований и разработок в области квантовых технологий в координации с частным сектором, международными организациями и другими государственными учреждениями. Раздел 220 Закона о национальной обороне на 2020 финансовый год дополнительно уполномочивает министра каждого военного ведомства создавать исследовательские центры квантовой информационной науки (КИН), которые могут «взаимодействовать с соответствующими организациями государственного и частного секторов» для продвижения квантовых исследований. Каждое из ведомств впоследствии присвоило своим исследовательским лабораториям статус исследовательских центров КИН.
Раздел 214 Закона о национальной обороне на 2021 финансовый год предписывает службам составлять и ежегодно обновлять список технических задач, которые потенциально могут быть решены с помощью квантовых компьютеров в течение следующих одного-трех лет, а также создавать программы с участием малых и средних предприятий для предоставления возможностей квантовых вычислений государственным, промышленным и академическим исследователям, работающим над этими задачами.
Раздел 220 Закона о национальной обороне на 2024 финансовый год обязывает Министерство обороны создать программу обмена талантами между государственным и частным секторами для проведения квантовых исследований, а раздел 231 разрешает пилотную программу Министерства обороны по квантовым вычислениям.
Наконец, раздел 231 Закона о национальной обороне на 2025 финансовый год предписывает директору Агентства перспективных оборонных исследований «создать и осуществить Инициативу по сравнительной оценке квантовых технологий для быстрого расширения и поддержки усилий по оценке концепций, планов разработки, а также прототипов, компонентов и подсистем, необходимых для создания возможностей квантовых вычислений в масштабах предприятия» для Министерства обороны. Раздел 244 предписывает министру обороны разработать стратегический план развития квантовых технологий в рамках министерства.
Возможные вопросы для Конгресса
Какой уровень финансирования оправдан нынешним уровнем развития военных применений квантовых технологий? В какой степени правительство США должно инвестировать и исследовать технологии, которые позволяют применять квантовые технологии в военных целях (например, материаловедение, технологии изготовления)?
В какой степени коммерческие достижения в области квантовых технологий могут быть использованы в военных целях?
Насколько зрелы усилия конкурентов США по разработке военных применений квантовых технологий? В какой степени такие усилия могут угрожать передовым военным возможностям США, таким как самолеты-невидимки?
Какие меры, если таковые имеются, должны предпринять Соединенные Штаты для обеспечения достаточного количества специалистов в области квантовых технологий для поддержания конкурентоспособности США в этой сфере?
***
Безусловно, все эти вопросы важны и для развития квантовых технологий в России.
Безусловно им будет уделено внимание на национальном форуме «Инфофорум – 2026», который будет проходить в инновационном кластере «Ломоносов» 28 – 29 января 2026 года. Квантовые технологии там стоят на первом месте программы.
Кроме того, в 2026 году в России будет проведен международный квантовый форум БРИКС.
Овчинский В.С.
05.12.2025 Кванты и лазеры Красного дракона
США в замешательстве
Лауреат Нобелевской премии Джон Мартинис предупреждает: Китай отстаёт на «наносекунды» в квантовой гонке
Один из лауреатов Нобелевской премии по физике 2025 Джон Мартинис предупредил, что Китай быстро сокращает разрыв с США в области квантовых вычислений.
Для справки: Мартинис был удостоен Нобелевской премии вместе с Джоном Кларком и Мишелем Деворе, главным учёным команды Google по квантовому ИИ, за открытия, способствующие развитию квантовых вычислений и датчиков.
«Китай, безусловно, очень конкурентоспособен в этом плане», — заявил Джон Мартинис в интервью «Блумберг ньюс»* (02.12.2025) в Тель-Авиве. «Людям стоит опасаться настоящей гонки».
США, Европа и Китай соперничают в создании квантовых компьютеров с практическим применением. По словам Мартиниса, это произойдет через пять-десять лет.
Эта стратегически важная технология обещает создание нового типа компьютеров со значительно большей вычислительной мощностью, потенциально способных расшифровывать военные сообщения и взламывать критически важную инфраструктуру. Правительства по всему миру, компании, включая Google (Alphabet Inc.) и International Business Machines Corp., а также многочисленные стартапы работают над этой технологией, которая пока находится на стадии исследований.
Ранее Мартинис работал в Google над созданием квантового оборудования с целью достижения квантового превосходства, то есть способности выполнять задачи гораздо быстрее, чем классический компьютер. Мартинис отметил, что, когда Google объявила о достижении этой цели в 2019 году, Китай отставал в развитии технологий примерно на три года.
«Но они быстро нас догнали. Теперь мы обеспокоены тем, что, возможно, опережаем их на какие-то наносекунды», — сказал Мартинис. «Я читал их статьи, они очень чётко понимают, что делают. Когда на Западе публикуют статьи о последних достижениях, они часто через пару месяцев публикуют статью с аналогичными возможностями».
Мартинис, профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, заявил, что он уже указывал на опасность чиновникам Белого дома, последний раз во время визита несколько недель назад. Администрация Трампа, по его словам, прекрасно осознаёт эту проблему, но в первую очередь стремилась сохранить преимущество над Китаем в области искусственного интеллекта. «Теперь они переходят на квантовые технологии», — добавил он.
Квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут одновременно принимать значения 0 и 1, что значительно увеличивает объём обрабатываемой информации по сравнению с традиционными компьютерами. В октябре 2025 года Google заявила, что запустила на своём квантовом вычислительном чипе «Willow» алгоритм, который оказался в 13 000 раз быстрее, чем это возможно на лучшем в мире суперкомпьютере. По данным Google, этот прорыв может быть повторён на аналогичных платформах и открывает путь к полезным приложениям квантовых технологий в течение пяти лет.
Мартинис приехал в Тель-Авив, чтобы установить сверхпроводящее кубитное устройство, созданное компанией Qolab, которую он основал после ухода из Google в 2020 году. Проект является совместным проектом Израильского центра квантовых вычислений и стартапа Quantum Machines и будет доступен исследователям по всему миру.
Новейший сверхпроводящий квантовый компьютер Китая открывает доступ к своим приложениям на мировом рынке
Новейший сверхпроводящий квантовый компьютер Китая, который, как сообщают СМИ КНР, может обрабатывать конкретные задачи в 450 миллионов раз быстрее, чем ведущий мировой суперкомпьютер, откроет доступ к прикладным сервисам для мирового исследовательского и делового сообщества. Это знаменует собой важный шаг Китая в практическом использовании квантовых вычислений.
Сверхпроводящий квантовый компьютер под кодовым названием «Тяньянь-287» полностью производится внутри страны совместной группой China Telecom Quantum Group (CTQG) и QuantumCTek. Он уже не лабораторный прототип, а специально разработанная система для коммерческого использования, как сообщила Global Times 2 декабря 2025 года компания CTQG.
Квант — это наименьшая и неделимая единица, используемая для описания фундаментальных физических величин в микроскопическом мире, и простейший переносчик энергии. Квантовая технология использует такие свойства, как квантовая суперпозиция, квантовая запутанность и теорема о запрете клонирования, для реализации таких приложений, как квантовые вычисления, квантовые измерения и квантовая связь, сообщает Центральное телевидение Китая (CCTV).
Расположенный в промышленном парке больших данных China Telecom Anhui в городе Хэфэй, провинция Аньхой на востоке Китая, Tianyan-287 использует ту же модель чипа, что и разработанный Китаем прототип сверхпроводящего квантового компьютера «Zuchongzhi 3.0», сообщает CTQG. Этот прототип квантового компьютера установил новый мировой рекорд по квантовому вычислительному преимуществу в сверхпроводящих системах, сообщает CCTV.
Квантовое преимущество относится к квантовой вычислительной системе, демонстрирующей возможности решения конкретных задач, значительно превосходящие возможности классических суперкомпьютеров. По данным CTQG, это ключевой показатель для измерения производительности квантовой вычислительной системы, служащий предпосылкой для практического применения квантовых вычислений и ставший важной вехой для демонстрации научно-исследовательского потенциала страны в этой области.
Благодаря своим чрезвычайно мощным вычислительным возможностям сверхпроводящий квантовый компьютер выполняет некоторые специализированные задачи, на выполнение которых самому быстрому в мире суперкомпьютеру потребовалось бы около 16 000 лет.
По словам Чжан Синьфана, старшего научного сотрудника по квантовым вычислениям в CTQG, этот компьютер полностью одомашнен – от основного процессора до большого холодильника для растворения, создающего сверхнизкую рабочую среду, а также управляющего программного обеспечения и аппаратной системы для измерений, согласно данным видеонаблюдения.
Компьютер будет подключен к облачной платформе квантовых вычислений CTQG, что сделает его доступным для пользователей по всему миру и позволит более широкому кругу пользователей использовать его исключительную вычислительную мощность.
По словам Мао Сяосяо, директора группы квантовых продуктов CTQG, исследовательская группа создала интегрированную вычислительную платформу, которая обеспечивает онлайн-доступ к квантовым вычислительным сервисам.
Платформа может применяться в широком спектре областей, включая прогнозирование погоды, биохимию и финтех. По словам Мао, в будущем использование квантовых вычислений станет таким же удобным, как использование водопроводной воды или электричества.
Новый китайский фотонный квантовый чип обещает 1000-кратный прирост производительности при решении сложных вычислительных задач
По данным «Саут Чайна Морнинг пост» (28.11.2025), Китай представил фотонный квантовый чип, который, как сообщается, ускоряет сложные вычисления более чем в тысячу раз, что стало одним из самых значительных достижений страны в области вычислений следующего поколения.
Чип, разработанный CHIPX и Turing Quantum, отличается плотной оптической интеграцией, быстрыми циклами проектирования и пилотной производственной линией, способной выпускать 12 000 шестидюймовых пластин в год, что позволяет Китаю масштабировать фотонное оборудование для центров обработки данных, рабочих нагрузок ИИ и квантовых исследований.
Этот чип был одной из 17 технологий, получивших признание на саммите Всемирной интернет-конференции 2025 года в Учжэне, и, по словам разработчиков, обеспечивает производительность, превосходящую возможности классических машин. Фотонные квантовые чипы используют свет вместо электричества для обработки информации. Поскольку свет движется быстрее и переносит больше данных при меньших затратах энергии, эти чипы рассматриваются как перспективный мост между современными компьютерами и полностью квантовыми системами, которые всё ещё находятся в стадии разработки.
«Внедрение технологии совместной упаковки фотонов и электроники, интеграция на уровне кристалла и массовое производство фотонных квантовых чипов в масштабах пластин — я считаю, что это первый в мире опыт», — заявил Цзинь Сяньминь, профессор физики университета и основатель Turing Quantum, в интервью SCMP. «Мы ожидаем разработки чипов, способных обрабатывать большее количество фотонов, в ближайшем будущем», — заявил он материковым СМИ в день церемонии награждения.
По данным газеты, новое китайское устройство уже применяется в аэрокосмической отрасли, биомедицине и финансовом моделировании. Разработчики рассматривают его как шаг к гибридным архитектурам, сочетающим классические и квантовые компоненты для решения таких интенсивных задач, как молекулярное моделирование, проектирование материалов, анализ рисков и масштабная оптимизация.
Этот чип является результатом работы института Chip Hub for Integrated Photonics Xplore (CHIPX), расположенного в Уси и связанного с Шанхайским университетом Цзяотун, и Turing Quantum, стартапа в области фотоники из Шанхая. Как сообщает газета, университет заявил, что CHIPX завершил полный цикл производства фотонных чипов, включая проектирование, изготовление пластин, корпусирование, тестирование и системную интеграцию. Это означает, что институт может самостоятельно проектировать и производить целые системы чипов, что является редкостью даже для международных компаний, работающих в области передовой фотоники.
Фотонные интегральные схемы работают, манипулируя фотонами с помощью структур, управляющих цветом, синхронизацией и распределением света. Благодаря возможности комбинирования этих степеней свободы один чип может обрабатывать множество каналов информации одновременно.
Новое китайское устройство отличается необычайной плотностью: на шестидюймовой кремниевой пластине размещено более 1000 оптических компонентов. Исследователи называют этот уровень монолитной интеграции мировым классом, сообщает «Пост».
Эти чипы также обладают высокой производительностью передачи данных и широкой полосой пропускания. Их архитектура обладает достаточной гибкостью для масштабирования до систем, способных в будущем поддерживать миллион кубитов — амбиции, разделяемые всеми мировыми производителями квантового оборудования. Хотя до появления настоящих квантовых процессоров с миллионами кубитов ещё далеко, разработчики используют фотонные чипы для прототипирования алгоритмов, моделирования квантового поведения и ускорения классических вычислений, необходимых для квантовых исследований.
Помимо чистой производительности, платформа, как сообщается, также сокращает сроки разработки, приближая их к срокам коммерческого производства. SCMP сообщил, что циклы проектирования, которые раньше занимали шесть месяцев, теперь могут быть завершены всего за две недели. Такая возможность быстрой итерации критически важна в фотонике, где даже незначительные изменения геометрии могут существенно повлиять на прохождение света через систему.
Фотонные чипы давно известны своими преимуществами в скорости и энергоэффективности, но их производство было сложным. Материалы часто требуют точной обработки, а дефекты на наноуровне могут снизить производительность. Серьёзной проблемой стало нахождение способов их масштабного производства с использованием производственных линий, аналогичных тем, что используются для традиционных полупроводниковых пластин.
Компания CHIPX начала решать эту проблему. В июне 2025 года институт запустил первую в Китае пилотную линию по производству шестидюймовых тонкоплёночных фотонных пластин из ниобата лития, сообщает газета. Ниобат лития — материал, ценимый за свою способность модулировать и направлять свет с очень низкими потерями.
Новая линия может производить около 12 000 пластин в год, каждая из которых будет содержать около 350 чипов.
Мощность в 12 000 шестидюймовых фотонных пластин в год скромна по сравнению с развитыми полупроводниковыми фабриками, которые ежегодно выпускают сотни тысяч пластин размером 200 или 300 мм. Однако в секторе фотоники, особенно для тонкоплёночного ниобата лития, такой уровень производства представляет собой значимую промышленную опору.
Целью института является увеличение производительности, исследование новых материалов и в конечном итоге переход на восьмидюймовые пластины.
Более крупные пластины позволят производить больше чипов одновременно, снижая затраты и способствуя более широкому промышленному внедрению. По данным SCMP, CHIPX поощряет сотрудничество с компаниями в сфере 5G, 6G, облачных вычислений, центров обработки данных искусственного интеллекта и квантовых сетей — областей, где фотонные чипы могут решить проблемы, связанные с пропускной способностью и энергопотреблением.
Заявление сделано в то время, когда глобальная гонка в области фотонных вычислений набирает обороты.
Газета сообщила, что в феврале 2025 года калифорнийская компания PsiQuantum объявила о планах использовать 300-миллиметровые пластины для производства своей линии кремниевой фотоники, что сопоставимо с масштабом, используемым на передовых фабриках по производству полупроводников. Европа также инвестирует в фотонику в рамках своих более широких программ развития квантовых технологий.
Делая шаг назад, можно сказать, что заявления о том, что устройство может превзойти ведущие графические процессоры NVIDIA (США) в 1000 раз, отражают тот тип прироста производительности, который, как ожидается, квантовые подходы обеспечат при решении определенных классов задач, хотя такие сравнения часто неверны, поскольку они сильно зависят от базовой задачи и не эквивалентны скорости общего назначения.
Квантовые вычисления Китая могут затмить военную мощь США
Аналитики «Квантум ньюс» (03.12.2025) предполагают, что «достижения Китая в области квантовых вычислений вскоре могут превзойти по значимости традиционные военные средства, такие как американские авианосцы. Эта оценка обусловлена недавним вниманием к возможности того, что компьютеры следующего поколения сделают обычные вооружения устаревшими. Эта новая технология предвещает потенциальный сдвиг в динамике будущих войн, побуждая рассматривать квантовые вычисления как важнейший компонент национальной безопасности наряду с обсуждением морских блокад и возможных сценариев оккупации».
Влияние этой технологии достаточно значительно, чтобы заслуживать обсуждения на фоне геополитической напряжённости вокруг Тайваня и изменений в региональной расстановке сил между Китаем и Японией. Это свидетельствует о более широком признании того, что квантовые вычисления представляют собой фундаментальное изменение в характере современной войны.
Развитие квантовых вычислений происходит на фоне более широких технологических достижений. К ним относятся развитие искусственного интеллекта, термоядерного синтеза и партнёрства в сфере сетей 6G — все эти направления считаются стратегическими технологиями. Китай также сосредоточен на модернизации своих производственных мощностей, что свидетельствует о глобальной конкуренции не только в области обычных боевых действий, но и в базовых технологиях, определяющих будущую безопасность.
К ним относится и модернизация лазерного вооружения.
Пекин мог бы легко оснастить гражданские суда лазерным оружием, заставив их форсировать пересечение Тайваньского пролива в первые часы вторжения
«Пекин незаметно вооружает свой огромный гражданский флот перед будущим вторжением на Тайвань. Лазер, установленный на торговом судне, — не новинка, это стратегическое предупреждение. Китайские военные проверяют, смогут ли они превратить свой огромный торговый флот в вооружённую армаду, способную прорваться через Тайваньский пролив», - пишет старший редактор «Нэшнл интерест» Брэндон Дж. Вейкерт в своем издании (03.12.2025).
Новые изображения, распространяемые в китайских социальных сетях, демонстрируют высокоэнергетический корабельный лазер, идентифицированный как LY-1, установленный на открытой палубе гражданского грузового судна типа «Rо-Rо». Система расположена на тяжёлом транспортном средстве, прикреплённом к палубе, и увенчана большой электрооптической башней с лазерным излучателем.
Торговый флот Пекина может стать футуристическим военным флотом
Западные аналитики годами настаивали на том, что Военно-морской флот Народно-освободительной армии Китая (НОАК) не обладает десантными средствами, необходимыми для масштабного наступления на Тайвань. Они указывают на ограниченное количество специально построенных десантных кораблей у Китая и приходят к выводу, что Пекин не будет готов к этому в течение многих лет. Это опасно устаревшее предположение. Китай обладает крупнейшим в мире гражданским флотом ролкеров, и Пекин уже дал понять, что эти суда будут задействованы в любой войне через Тайваньский пролив.
Теперь, с очевидной установкой на этих судах оружия направленной энергии военного уровня (DEW), Китай не просто увеличивает транспортную пропускную способность. Пекин серьёзно укрепляет свои логистические суда.
Лазерная система LY-1, представленная публике на параде Победы в Китае в сентябре 2025 года в мобильной версии, предназначена для точечной обороны. Сообщается, что она способна перехватывать беспилотники, лёгкие самолёты, крылатые ракеты и другие воздушные угрозы на близком расстоянии.
Китайские военные журналы описывают эту систему как «последнюю линию обороны» в корабельной системе противовоздушной обороны (ПВО). Однако её размещение на вспомогательных или гражданских судах свидетельствует об изменении доктрины, имеющем огромные последствия. Пекин рассчитывает, что его логистические и транспортные средства будут действовать под огнём — и выживать.
Лазеры в море: новая доктрина вторжения Китая
Системы с лазерным оружием обладают преимуществами, с которыми не может сравниться ни одна система противоракетной обороны. Они обладают минимальной стоимостью выстрела, могут вести многократный огонь и поражать входящие угрозы практически мгновенно. Против роев беспилотников и недорогих высокоточных боеприпасов, которые Тайвань мог бы применить против любого флота вторжения, конвой, оснащённый лазерами, мог бы значительно снизить уязвимость Китая.
Одно гражданское судно типа «Rо-Rо», оснащённое системами лазерного оружия, может отбивать беспилотники, затратив лишь малую часть того, что Тайвань тратит на их размещение. Умножьте это на огромный торговый флот Китая, и Пекин получит масштабируемый и высокопрочный защитный зонтик, который будет сопровождать его силы вторжения, куда бы они ни направлялись.
Ещё большую тревогу у американских военных аналитиков вызывает наступательный потенциал. Корабельный лазер может ослепить разведывательные беспилотники, вывести из строя оптические датчики или нарушить работу тайваньских сетей наблюдения ещё до того, как первый десантный корабль достигнет берега. В конфликте, где информационное превосходство и видимость определяют выживание, снижение способности Тайваня предвидеть приближающееся вторжение может иметь решающее значение.
Лазерное оружие также теряет эффективность в условиях тумана, дождя, морских брызг и влажности — всего этого будет достаточно в случае вторжения на Тайвань. Движение и вибрация гражданского судна могут ещё больше усложнить наведение этих систем.
Однако ни одно из этих обстоятельств не умаляет стратегических последствий. Китай обладает системой LY-1, её корабельные варианты уже были замечены, и Пекин неоднократно демонстрировал готовность испытывать новое оружие нетрадиционными способами.
Китай, как минимум, находится на первом этапе многоэтапного плана развития: демонстрации возможности оснащения гражданских судов лазерным оружием. Если Пекин перейдет ко второму этапу — успешным испытаниям с использованием боевых стрельб с грузовых и логистических судов в реальных морских условиях — угроза резко возрастет. Третий этап, на котором эти лазеры будут производиться массово и интегрироваться в десантные и морские транспортные соединения, коренным образом изменит баланс сил в Тайваньском проливе. Военизированный торговый флот — самообороняющийся, объединенный в сеть и действующий в конвоях «волчьей стаи» вместе с военными кораблями — стал бы кошмарным сценарием для тайваньских военных стратегов.
Америка не способна адекватно ответить на китайскую лазерную угрозу
«У Вашингтона нет сопоставимых возможностей, развёрнутых в таких масштабах. Лазерные программы ВМС США развиваются медленно и по-прежнему сводятся к ограниченным испытаниям.
Именно это делает действия Китая столь значимыми. Они нетрадиционны, экономически эффективны, им сложно противостоять, и они идеально подходят для использования отвлекающего фактора Америки. Пекин выбил себе окно возможностей: период, в течение которого он может развить, усовершенствовать и расширить этот потенциал, прежде чем Соединённые Штаты осознают происходящее, и, прежде чем Тайвань сможет адаптироваться», - заключает Вейкерт.
Овчинский В.С.
https://zavtra.ru/blogs/kvanti_i_lazeri_krasnogo_drakona
07.11.2025 Постквантовая криптография
Необходимость создания в целях национальной безопасности
Как только появятся отказоустойчивые, криптоаналитически значимые квантовые компьютеры, алгоритм Шора (квантовый алгоритм для разложения числа на простые множители) взломает современную криптографию с открытым ключом, эффективно разлагая большие целые числа и вычисляя дискретные логарифмы. Алгоритм Гровера (квантовый алгоритм для решения уравнений) обеспечивает квадратичное ускорение поиска ключа методом перебора, фактически вдвое снижая стойкость симметричных ключей. Следовательно, основная мировая криптографическая инфраструктура должна быть полностью преобразована, а не просто исправлена.
Основатель Стэнфордского центра квантовых технологий, профессор Академии ВВС США Мауриц Коп в статье в War On The Rocks «Блетчли-парк для квантовой эпохи» (06.11.2025) пишет:
«Во время Второй мировой войны Великобритания объединила науку, инженерию, операционные процессы и управление альянсами в единую систему дешифровки, которая взломала машину «Энигма» и изменила ход истории. Сегодня нам нужна современная система в стиле Блетчли – парк (место, где располагалась шифровальное подразделение Великобритании во время Второй мировой войны) для управления переходом к постквантовой криптографии.
Этот «метод Блетчли» основан на трёх столпах: тесная обратная связь между наукой, инженерией и операциями; чёткая организация альянсов; постоянное тестирование и верификация».
Коп рекомендует Соединённым Штатам и их союзникам применять модель Блетчли, связывая своевременное и проверяемое внедрение постквантовой криптографии на национальном уровне с союзническим соглашением о сертификации, основанным на стандартах. В оборонительном применении это означает внедрение постквантовой криптографии по умолчанию и сертифицированную совместимость — коалиционную кампанию за безопасное внедрение постквантовой криптографии.
«В совокупности эти меры позволят обеспечить масштабное внедрение совместимой и проверяемой постквантовой криптографии — достаточно быстро, чтобы нейтрализовать угрозу «собирай сейчас, расшифруй позже». Вашингтон может завоевать авторитет лидера на международном уровне, внедряя её сначала внутри страны.
Подход должен быть реализован в двух направлениях: ограниченный по срокам план внедрения на национальном уровне и развертываемое за рубежом соглашение о сертификации».
Трек первый: «Операция Ультра» дома
Метод Блетчли сработал, потому что открытие быстро перетекло в доктрину и развертывание. Этот путь отражает этот поток. Исторически выход Блетчли-Парка — расшифрованные разведданные — имел кодовое название «Операция Ультра». Эти разведданные были проверяемым, применимым на практике продуктом всех научных и инженерных усилий. Американская «Операция Ультра» должна сделать то же самое, опираясь на квантовую информатику, чтобы превратить стандарты постквантовой криптографии, такие как Федеральные стандарты обработки информации в развернутую, оперативную реальность. Меморандум Административно-бюджетного управления США уже устанавливает подготовительные обязательства по инвентаризации, планированию и составлению бюджета. В качестве следующего шага Административно-бюджетное управление, главные сотрудники по информации агентств и старшие должностные лица агентств по конфиденциальности должны теперь превратить руководство в запланированные, измеримые вехи миграции, которые будут демонстрировать выполнение. Для ускорения процесса обнаружения и обеспечения совместимости агентствам следует принять участие в проекте Национального центра передового опыта в области кибербезопасности Национального института стандартов и технологий по переходу на постквантовую криптографию и принять в нём участие. Этот проект способствует повышению гибкости криптографии посредством двух направлений работы: криптографического обнаружения (инвентаризации систем) и тестирования совместимости стандартизированных постквантовых алгоритмов.
Исполнение проекта в США должно осуществляться посредством шести конкретных действий.
Во-первых, следует установить контрольные точки внедрения с указанием дат и опубликуйте их. Каждый департамент кабинета министров и регулятор критической инфраструктуры должны установить квартальные цели для развертывания новых алгоритмов Национального института стандартов и технологий в области безопасности транспортного уровня, безопасности интернет-протокола и виртуальных частных сетей, подписи кода, платежей и прошивки устройств. Прогресс должен быть публично представлен. В качестве отправной точки агентства должны сообщать о доле внешних рукопожатий безопасности транспортного уровня с использованием утвержденной постквантовой криптографии или гибридов; о доле подписи кода для прошивок и операционных систем с использованием цифровых подписей на основе решеток и цифровых подписей на основе хэшей без сохранения состояния; и о доле развернутых модулей, проверенных на соответствие Федеральному стандарту обработки информации, с включенной постквантовой криптографией. Целевая группа по инжинирингу Интернета уже стандартизирует гибридный постквантовый обмен ключами и аутентификацию с помощью Терминологии для постквантовых традиционных гибридных схем, Рабочей группы по безопасности транспортного уровня и Рабочей группы по использованию постквантовой технологии в протоколах. Совет национальной безопасности и Административно-бюджетное управление должны поручить ведомствам следовать этим профилям, чтобы избежать единовременных внедрений.
Во-вторых, следует закупать только то, что проверено, и автоматизировать проверку соответствия. Администрация общих служб, Административно-бюджетное управление и руководители закупок агентств должны обуславливать федеральные закупки модулями, проверенными на соответствие Федеральному стандарту обработки информации, а Национальный институт стандартов и технологий должен использовать Программу проверки криптографических алгоритмов для автоматизации масштабного тестирования алгоритмов. Агентство по кибербезопасности и безопасности инфраструктуры и Административно-бюджетное управление должны опубликовать общегосударственный перечень криптографических материалов, основанный на автоматизированных средствах обнаружения, в соответствии со Стратегией перехода к автоматизированным постквантовым средствам обнаружения и инвентаризации криптографических материалов, разработанной Агентством по кибербезопасности и безопасности инфраструктуры.
В-третьих, необходимо тестировать то, что развернуто, а не то, что обещают поставщики. Управление науки и технологий Министерства внутренней безопасности, Национальный институт стандартов и технологий и Министерство обороны должны расширить Инициативу по квантовому бенчмаркингу Агентства перспективных исследовательских проектов обороны и связанные с ней программы (например, Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing) в федеральную сеть испытаний и оценки, которая реализует постквантовую криптографию в реальных стеках — библиотека OpenSSL с поставщиком Open Quantum Safe , система доменных имен, электронная почта и мобильные устройства — с использованием открытых воспроизводимых бенчмарков. Руководители программ и сотрудники по контрактам должны требовать от поставщиков преодоления этих барьеров для продажи в федеральные и военные системы. Национальный институт стандартов и технологий и Национальный научный фонд, работая с национальными лабораториями Министерства энергетики, должны финансировать и поддерживать эталонные реализации, опираясь на библиотеку Open Quantum Safe «liboqs» и репозиторий PQClean .
В-четвёртых, важно укрепить трубопровод там, где квантовая технология встречается с физикой. Экспортный контроль — это не отклонение от постквантовой криптографии, а рычаг воздействия. Коалиция, контролирующая узкие места в системах охлаждения растворением, детектировании одиночных фотонов, криоэлектронике и квантовой фотонике, фактически устанавливает условия глобального развертывания и верификации систем квантовой безопасности. Бюро промышленности и безопасности США, Генеральный директорат Европейской комиссии по торговле и Совместное подразделение по экспортному контролю Великобритании должны объединить временные меры контроля Бюро промышленности и безопасности США в отношении квантовых вычислений с обновлённой системой Европейского союза, регулирующей деятельность в сфере двойного назначения, а Министерство энергетики, Европейский инвестиционный банк и связанные с ними инновационные агентства должны инвестировать в обеспечение соответствия совместных мощностей безопасному спросу.
В-пятых, надо быть прагматичными в выборе инструментов. Внедрять постквантовую криптографию повсеместно, но пилотировать квантовое распределение ключей только в узко обоснованных нишах с гарантиями на основе стандартов (например, квантово-безопасная криптография Европейского института телекоммуникационных стандартов) и независимой оценкой. Агентство национальной безопасности в отношении систем национальной безопасности отдаёт приоритет постквантовой криптографии перед квантовым распределением ключей. Национальный центр кибербезопасности Великобритании и Техническое руководство Федерального ведомства информационной безопасности Германии выражают аналогичные предостережения. Гражданским ведомствам и независимым регулирующим органам следует следовать этой позиции, чтобы предотвратить нарушение базовой линии.
В - шестых, следует подготовить «Репликатор» к квантовой работе. Репликатор Министерства обороны нацелен на быстрое развертывание роев автономных систем с возможностью исчерпания ресурсов. Управление заместителя министра обороны по исследованиям и разработкам и руководители служб по приобретению услуг должны уже сейчас внедрять постквантовую криптографию в системы управления, телеметрии, конвейеры обновления программного обеспечения и систему контроля происхождения в цепочке поставок, чтобы системы, развернутые в 2025 году, не были по-тихому сломаны в 2030 году. Для этого требуется государственно-частное партнерство на уровне программы и взаимность с проверенными поставщиками. Исполнительные директораты программ, генеральные подрядчики и компании, работающие в сфере передовых технологий, должны совместно разрабатывать методы защищенной связи, криптографической гибкости и обеспечения качества моделей, чтобы подготовиться к будущим угрозам. Лучше повысить устойчивость сейчас, чем модернизировать под огнем.
Второй трек: Союзническая кодовая книга за рубежом
Второе направление сосредоточено на создании совместимых криптографических стандартов для предотвращения квантового раскола интернета. Современный интернет функционирует бесперебойно благодаря взаимодействию криптографических стандартов вне зависимости от границ и систем. Наибольший стратегический риск в будущем — это «квантовый сплинтернет» — фрагментированный цифровой ландшафт несовместимых национальных криптографических стеков, некоторые из которых основаны на проприетарных или непрозрачных технологиях. Такая фрагментация ослабит открытую сеть, нарушит взаимодействие в рамках НАТО и подорвет мировую финансовую систему.
Чтобы избежать этого, США, Европейский союз, Великобритания, Канада и Япония должны сделать постквантовую криптографию стандартом для всех общедоступных сервисов, поддерживать прозрачные панели управления переходом и согласовывать принципы сертификации, ориентированной на соответствие стандартам. Этот совместный подход отражает дух Блетчлийской декларации и подкрепляет общие трансатлантические приоритеты в области кибербезопасности.
Чтобы сделать это реальностью, Коп предлагает меры по установлению международных защитных ограждений и эксплуатационных мощностей.
1. Трансатлантический профиль постквантовой криптографии
Национальный институт стандартов и технологий (NIOT) и Европейская комиссия (совместно с Национальным центром кибербезопасности Великобритании, Канадским центром кибербезопасности и Министерством внутренних дел и коммуникаций Японии) должны выпустить совместный профиль. Он будет связан с работой Целевой группы по инкапсуляции ключей для протокола Transport Layer Security 1.3, с работой рабочей группы по ограниченным дополнительным механизмам для инфраструктуры открытых ключей (X.509) и по гибридным сертификатам рабочей группы по безопасным/многоцелевым расширениям электронной почты, а также с усилиями рабочей группы по обеспечению готовности к внедрению технологий Post-Quantum Use in Protocols в области безопасности транспортного уровня, X.509, протокола быстрых пользовательских дейтаграмм (QUID), Secure Shell и расширений безопасности системы доменных имен.
2. Взаимное признание соответствия
Национальный институт стандартов и технологий и Агентство ЕС по кибербезопасности должны наладить связь между Программой проверки криптографических модулей и Европейской схемой сертификации в области кибербезопасности по общим критериям, чтобы поставщики могли пройти один набор тестов для смежных рынков. Один тест, много рынков.
3. Сеть лабораторий соответствия
США (Национальный институт стандартов и технологий и Министерство торговли) и Европейская комиссия, совместно с Великобританией, Канадой и Японией, должны финансировать распределённый набор аккредитованных лабораторий, которые будут проводить одни и те же открытые тестовые тесты на референтных реализациях и реальных стеках. Это должно быть реализовано в рамках проекта Национального института стандартов и технологий «Переход на постквантовую криптографию».
4. Наращивание потенциала с условием
Международная корпорация по финансированию развития США, Экспортно-импортный банк и их коллеги из ЕС, Великобритании и Японии должны увязать финансирование развития, экспортное кредитование и наращивание киберпотенциала с сертифицированными развертываниями постквантовой криптографии и планами по повышению гибкости криптовалют в государствах-партнерах.
5. Клиринговый центр по крипто-сбоям
Агентство по кибербезопасности и безопасности инфраструктуры, Агентство ЕС по кибербезопасности и Национальный центр кибербезопасности Великобритании, работающие совместно с Форумом групп реагирования на инциденты и безопасности и Группой готовности США к чрезвычайным ситуациям в сфере компьютерной безопасности, должны создать механизм, аналогичный механизму Common Vulnerabilities and Exposures для трансграничных криптографических сбоев (например, неверная параметризация, пути понижения версии и проблемы с экосистемой сертификатов) с координированным раскрытием информации и быстрым распространением исправлений.
6. Международное квантовое агентство
Правительствам стран «Большой семёрки» следует создать клуб сертификации по собственному выбору, не связанный с договорами, основанный на экспортном контроле США, преференциях по закупкам и целевых промышленных субсидиях, а не на формальном договорном органе. Клуб, основанный на узкоспециализированных функциях гарантий — аудит на соответствие согласованным базовым уровням квантовой безопасности, сертификация методов испытаний и эталонных артефактов, а также координация расследований инцидентов, — обеспечивает доверие и доступ к рынку, в то время как неучастие сигнализирует о риске. Этот подход соответствует транзакционному инструменту, ориентированному на суверенитет: доступ к закупкам и рынкам США и союзников для тех, кто сертифицирует, и ограниченный доступ для тех, кто этого не делает.
Эти шесть предложений представляют собой рабочий договор. Это соглашение должно быть подкреплено тремя вспомогательными мерами.
7. Использовать инновационные альянсы для масштабирования решений двойного назначения
Акселератор оборонных инноваций НАТО для Северной Атлантики должен сделать квантовую безопасность ежегодной темой своих соревнований. Это включает в себя внедрение защищенной связи, отказоустойчивой синхронизации и периферийных устройств, готовых к постквантовым технологиям, с доступом к испытательным центрам и встроенными механизмами закупок.
8. Связать физическое с алгоритмическим
Комплексная стратегия квантовой безопасности связывает алгоритмы и аппаратную основу. Хотя постквантовая криптография является алгоритмической, её долгосрочная жизнеспособность зависит от защищённых элементов, генераторов истинных случайных чисел, аппаратных модулей безопасности, криогеники, фотоники и синхронизации. Бюро промышленности и безопасности США, Генеральный директорат по торговле Европейской комиссии и Объединённое подразделение по экспортному контролю Великобритании должны гармонизировать экспортный контроль за квантовыми вычислительными компонентами, тем самым позволяя аппаратному обеспечению не допустить зависимости стандартизации от аппаратных ограничений. В то же время Министерство энергетики, Управление программы «Создание полезных стимулов для производства полупроводников» и европейские финансирующие организации должны финансировать совместные мощности. Недавние действия США и ЕС обеспечивают правовую основу для скоординированных списков и лицензирования.
9. Демократический суверенитет как стратегический актив
Он в этичном, основанном на ценностях квантовом управлении — способности организовывать сложные системы под демократическим надзором, публиковать стандарты, которые принимают другие, и проверять то, что имеет значение. Договор «Кубиты для мира», основанный на открытых стандартах, сертификации и ответственной экспортной политике, направляет конкуренцию в более безопасное русло, сохраняя научный обмен и защищая ядро. Таков метод Блетчли для квантового века.
Что Соединённым Штатам следует делать дальше
Вашингтону следует перейти от простых рекомендаций к проверяемым результатам. Белый дом должен назначить руководителя по переходу на постквантовую криптографию и публиковать ежеквартальную информационную панель, что станет шагом, который создаст наглядную подотчетность и обеспечит соблюдение датированных контрольных показателей для подписи кода, безопасности транспортного уровня и прошивки. Это должно сочетаться с полномочиями федеральных закупок. Обусловливая все федеральные закупки проверенной криптографией и машиночитаемыми спецификациями криптографических материалов, правительство может стимулировать немедленную конвергенцию поставщиков и гарантировать, что в федеральные системы будут поставляться только проверенные постквантовые криптографические решения.
Чтобы снизить риски этого перехода, правительству следует создать федеральную сеть испытаний и оценки, открытую для пилотных проектов на уровне штатов, местных органов власти и критически важной инфраструктуры, демонстрируя, что новые системы основаны на измеренной производительности, а не только на обещаниях поставщиков. Такое исполнение на национальном уровне также должно продемонстрировать устойчивость, предусмотрев проведение ежегодных учений по «крипто-гибкости» в гражданских ведомствах и на оборонных платформах, чтобы гарантировать наличие ключевых путей управления и обновления до наступления кризиса.
На международном уровне создание трансатлантического профиля постквантовой криптографии с взаимным признанием между Программой проверки криптографических модулей США и Европейской схемой сертификации кибербезопасности по общим критериям, подкрепленное сетью финансируемых лабораторий, создало бы динамику «один тест – много рынков», которая ускорит сближение союзников. Наконец, интеграция требований постквантовой криптографии в политику экспортного контроля, создание полезных стимулов для производства полупроводников и финансирование Министерства энергетики, а также программы Министерства обороны, такие как Replicator, согласует все инструменты национальной власти, гарантируя, что безопасность цепочки поставок, финансирование и контроль укрепляют безопасное развертывание.
В совокупности эти шаги заменяют несистематическую миграцию проверяемой, совместимой базовой линией: проверенная криптография поставляется по умолчанию; прогресс фиксируется в телеметрии сервиса в реальном времени; союзники используют одни и те же тестовые наборы; а финансирование, закупки и элементы управления движутся в одном направлении.
***
На наш взгляд, предложения Копа универсальны.
Они могут быть с учетом национальной специфики применены и в Российской Федерации совместно с нашим главным союзником – Китаем.
Овчинский В.С.
https://zavtra.ru/blogs/postkvantovaya_kriptografiya
______________________
Справка:
Постквантовая криптография (PQC) — это область криптографии, разрабатывающая алгоритмы, устойчивые к атакам как со стороны классических, так и квантовых компьютеров. Цель — защитить существующие криптографические системы от угроз, создаваемых квантовыми компьютерами. blog.colobridge.netek-top.ruscienceforum.ruhostragons.comgatenode.io
Отличие от квантовой криптографии: постквантовые алгоритмы реализуются на классических вычислительных устройствах, не требуя квантовых каналов связи. scienceforum.ru
Принцип работы
Алгоритмы PQC основаны на математических задачах, которые квантовые компьютеры решить не могут. В то время как традиционные криптографические методы, например RSA и ECC, могут быть легко взломаны квантовыми компьютерами, алгоритмы PQC устойчивы к таким атакам. hostragons.com
Важно: постквантовая криптография не заменяет традиционные методы защиты, а дополняет их, создавая гибридные решения для периода перехода к квантово-безопасному будущему. blog.colobridge.net
Алгоритмы
Некоторые направления постквантовой криптографии:
Решётчатая криптография — основана на сложных математических задачах, таких как Learning With Errors и Shortest Vector Problem. Включает алгоритмы CRYSTALS-Kyber для шифрования и CRYSTALS-Dilithium для цифровых подписей.
Криптография на основе кодов — использует коды исправления ошибок, например алгоритм МакЭлиса, обеспечивающий устойчивость к квантовым атакам.
Криптография на основе хэш-функций — применяется для цифровых подписей, таких как Lamport signatures и их улучшенные версии, включая XMSS и SPHINCS+.
cyberleninka.ru
Стандарты
Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) активно работает над стандартизацией алгоритмов PQC. В августе 2024 года NIST официально утвердил первые три стандарта PQC: scienceforum.rublog.colobridge.net
FIPS 203 — механизм инкапсуляции ключей ML-KEM;
FIPS 204 — схема цифровой подписи ML-DSA;
FIPS 205 — альтернативная цифровая подпись SLH-DSA.
blog.colobridge.net
Сроки: NIST установил, что системы с классической криптографией должны быть признаны устаревшими после 2030 года, а после 2035 года их использование должно полностью прекратиться. habr.com
Перспективы
Переход на PQC не может быть мгновенным — большинство современных сетевых протоколов тесно связаны с инфраструктурой открытых ключей, основанной на RSA и ECC. Резкая замена алгоритмов может привести к несовместимости и сбоям в работе систем. Для решения этой проблемы разработчики используют гибридные криптографические схемы, которые объединяют классические и постквантовые алгоритмы. scienceforum.ru
Админ.
03.11.2025 Квантовые технологии для военного применения
США, Великобритания и их союзники активизировали их разработку
От гонки за атомную бомбу во время Второй мировой войны до гонки ядерных и космических технологий времён Холодной войны, а теперь и глобальной гонки искусственного интеллекта — каждое технологическое достижение меняло геополитический ландшафт. Сегодня, подобно искусственному интеллекту, квантовые технологии привлекают внимание своим стремительным развитием и далеко идущими последствиями.
Учитывая огромный потенциальный рынок и ожидаемую коммерциализацию в течение ближайших пяти лет, глобальная конкуренция обостряется. Квантовые достижения, от вычислений и коммуникаций до датчиков обнаружения объектов, несут в себе огромный потенциал для трансформации как коммерческих отраслей, так и национальной обороны.
Что такое квантовая технология?
Вся материя, включая человеческое тело, состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из квантовых частиц. Эти частицы проявляют как волновые, так и корпускулярные свойства и ведут себя в соответствии с уникальными законами физики, управляющими квантовым миром в наномасштабе, где один нанометр равен одной миллионной миллиметра. В этом масштабе квантовая технология использует квантовую механику для значительного улучшения вычислений, датчиков и коммуникаций. Квантовые компьютеры способны решать сложные задачи и выполнять оптимизацию, чрезвычайно сложную для классических компьютеров. Их потенциальные области применения охватывают криптографию, материаловедение и логистику.
Пентагон работает над созданием квантового компьютера
Microsoft начала 2025 год с представления квантового чипа Majorana, почти через восемь лет после своего прорыва в области квантового языка. Разработка чипа компьютерным гигантом вызвала бурную дискуссию в научном сообществе, среди физиков и представителей оборонного сектора, внимательно следящих за развитием сегмента квантовых вычислений. Правительство США также следит за развитием событий и выделило три фундаментальные области для военных приложений: квантовую связь, квантовые вычисления и квантовые датчики.
Примечательно, что Microsoft уже сотрудничает с Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) над созданием квантовых компьютеров промышленного масштаба. Это партнёрство стартовало в 2024 году. Создание квантового компьютера — невероятно сложная, длительная и дорогостоящая задача, но, как утверждается, его преимущества по сравнению с традиционными компьютерами будут экспоненциальными. По мнению научных консультантов Совета по оборонной науке (DSB), квантовые компьютеры позволят разрабатывать «более точные летальные автономные системы оружия».
Более того, аналитики прогнозируют, что системы искусственного интеллекта, работающие на основе квантовых компьютеров и связанные с передовыми датчиками, могут усилить разведывательные, наблюдательные и разведывательные возможности вооруженных сил. Что касается датчиков, инженерные эксперты предсказывают двоякую перспективу. С одной стороны, эти комплекты датчиков нового поколения значительно расширят возможности подводных лодок по обнаружению противника, усилят возможности радиоэлектронной борьбы и помогут военнослужащим выявлять подземные угрозы, но в руках противника они могут оказаться разрушительными. Более того, выдвигается гипотеза, что квантовая связь обеспечит быструю и безопасную сетевую связь для оборонных вооружений.
В апреле 2025 года DARPA объявило, что в рамках своей Инициативы по квантовому бенчмаркингу (QBI) выбрало 20 компаний для создания отказоустойчивого квантового компьютера до 2035 года. В этот список вошли такие известные компании, как HP и IBM.
Для справки:
В июне 2025 года IBM объявила о подробных планах по созданию к 2028 году квантового компьютера с коррекцией ошибок и значительно большей вычислительной мощностью, чем у существующих машин. Компания надеется сделать компьютер доступным для пользователей через облако к 2029 году.
Предлагаемая машина, получившая название Starling, будет состоять из сети модулей, каждый из которых содержит набор чипов, размещенных в новом центре обработки данных в Покипси, штат Нью-Йорк.
IBM заявляет, что Starling станет прорывом в области квантовых вычислений. В частности, компания стремится сделать его первой крупномасштабной машиной с коррекцией ошибок. Если Starling добьется этого, IBM, пожалуй, решит самую большую техническую проблему, стоящую перед отраслью сегодня.
Кроме того, в 2018 году была подписана Национальная квантовая инициатива (NQI) для ускорения развития квантовых вычислений в интересах «национальной безопасности», среди прочего. Какова конечная цель? В своём докладе «Оценка мировых угроз за 2025 год» Разведывательное управление Министерства обороны США предупредило, что такие конкуренты, как Китай и Россия, стремительно развивают квантовые возможности, выделяя такие области военного применения, как сенсорика и дешифрование сообщений.
Как и в случае с оружием и боеприпасами, это гонка, цель которой — опередить геополитических соперников. «Квантовые технологии могут повлиять на все сферы современной войны», — говорится в исследовательской статье, опубликованной в журнале EPJ Quantum Technology. Однако в статье также ясно указано, что большинство квантовых военных приложений на данный момент носят теоретический характер и не были продемонстрированы в реальных условиях. Но это не означает, что у них нет потенциала. На самом деле, совсем наоборот.
Центр академических исследований передовых технологий утверждает, что квантовые вычисления могут повысить эффективность военной подготовки за счёт ускорения моделирования и улучшения анализа с помощью моделирования военных операций в масштабе миссии. Они также могут ускорить военную логистику, оптимизировать цепочки поставок, открыть возможности для автономных боевых машин, помочь в разработке новых материалов и решить важнейшую проблему предиктивного обслуживания и готовности парка техники.
В дискуссиях о квантовых вычислениях часто обсуждается вопрос о том, насколько развита технология взлома шифрования – метода, превращающего читаемую информацию в нечитаемый шифр. Шифрование широко используется – от зашифрованных чатов в WhatsApp и данных кредитных карт до конфиденциальной военной переписки. Информация разведки, наблюдения и обороны защищена надёжным слоем шифрования или несколькими такими слоями. В зависимости от того, кого вы спрашиваете, и используемых протоколов безопасности, ответ на вопрос «насколько легко взломать шифрование» будет разным. Например, обычному компьютеру потребуется около 300 триллионов лет, чтобы взломать шифрование RSA.
И с увеличением длины ключа шифрования время, необходимое для его взлома, экспоненциально растёт. Именно здесь на сцену выходят квантовые компьютеры. По оценкам правительства США, самые мощные квантовые компьютеры могут содержать всего 1088 кубитов, но для взлома шифрования потребуется не менее 20 миллионов кубитов. Однако правительство США уже разрабатывает планы по вступлению в эпоху постквантовой криптографии, планируя перейти от криптографических систем к квантово-устойчивой криптографии к 2035 году. Эта осторожность вполне обоснована.
В конце 2024 года китайские исследователи заявили, что взломали шифрование RSA с помощью квантового компьютера D-Wave. «Наши результаты показывают, что квантовая технология D-Wave может эффективно атаковать системы шифрования, защищающие конфиденциальную информацию по всему миру», — цитирует команду CSO. RSA преуменьшила риски, заявив, что взлом 50-битного целочисленного алгоритма «далеко не сравним» с взломом распространённого 2048-битного шифрования RSA.
DARPA развивает квантовые датчики для военной техники
Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) заключило с австралийской фирмой Q-CTRL контракты на сумму 24,4 млн долларов США на усовершенствование инструментов квантового сенсорирования для военной техники.
Квантовые технологии поддерживают навигацию без спутниковых сигналов в средах, подверженных глушению, спуфингу или блокировке сигнала.
В рамках этой инициативы Q-CTRL разработает квантовые навигационные датчики нового поколения, используя результаты предыдущих полевых испытаний в воздушных, морских и наземных условиях.
Датчики, оснащенные программным обеспечением на базе искусственного интеллекта, могут надежно работать на подвижных военных платформах без необходимости использования традиционной защиты или изоляции.
В сотрудничестве с Q-CTRL компания Lockheed Martin выступит в качестве субподрядчика, предоставив свой опыт в области GPS и квантовых технологий.
Улучшение квантового сенсора
Эта инициатива является частью программы DARPA «Надежные квантовые датчики» (RoQS), которая направлена на ускорение разработки, тестирования и проверки квантовых датчиков для оборонных применений.
Хотя квантовые навигационные датчики обладают высокой точностью в контролируемых условиях, их производительность ухудшается на движущихся платформах из-за таких факторов, как механические вибрации и электромагнитные помехи.
Для решения этих проблем программа RoQS разрабатывает датчики, способные сохранять точность и стабильность в сложных условиях.
В последние месяцы Q-CTRL занималась развитием технологий квантовой навигации посредством полевых испытаний и оборонных контрактов.
В июле 2025 года компания провела полевые испытания совместно с Королевским австралийским флотом, разместив свои программно-усовершенствованные квантовые датчики на борту MV Sycamore, судна поддержки австралийского флота.
Датчики работали непрерывно в течение 144 часов, осуществляя навигацию, регистрируя незначительные изменения гравитации Земли, вместо того чтобы полагаться на сигналы GPS.
Ранее в 2025 году компании Q-CTRL и Lockheed Martin выиграли контракт от Подразделения оборонных инноваций Министерства обороны США на создание прототипа квантовой инерциальной навигационной системы под названием QuINS.
Технология использует чувствительные к движению квантовые датчики для расчета положения, скорости и ориентации платформы независимо от спутниковой навигации.
Технический директор ВМС США включил искусственный интеллект и квантовые технологии в список приоритетных направлений развития технологий
ВМС США опубликовали новую служебную записку, в которой подробно изложены пять главных технологических приоритетов для будущих инвестиций, и ставит искусственный интеллект (ИИ) и квантовые технологии на первое место в этих планах инвестиций в технологии.
В меморандуме от 17 июня 2025 года исполняющий обязанности главного технического директора ВМС США Джастин Фанелли подчеркнул необходимость более гибкого, целенаправленного и проактивного подхода к разработке технологий для удовлетворения быстро меняющихся потребностей военных и гражданских миссий службы.
«В конечном итоге цель состоит в том, чтобы быстрее предоставить бойцам современные возможности», — написал Фанелли.
Структура приоритетных технологических областей (PTA) Департамента образования ВМС определяет иерархию технологий уровней 1, 2 и 3. Хотя некоторые технологии могут охватывать несколько категорий, PTA представляет собой дорожную карту для удовлетворения наиболее неотложных и стратегических технологических потребностей департамента.
Возглавляют список искусственный интеллект и автономность, которые Фанелли назвал ключевыми для получения преимущества в принятии решений в информационной войне и улучшения взаимодействия человека и машины. В частности, ВМС США ищут решения на основе искусственного интеллекта для анализа данных в реальном времени и автоматизированного принятия решений, чтобы повысить эффективность миссий.
Приоритетные направления уровня 2 включают такие основные возможности, как прикладное машинное обучение и обработка естественного языка; доверие, гарантии и управление для безопасного развертывания и надзора за моделями; автономные системы для поддержки выполнения миссий; а также инфраструктуру и развертывание, включая периферийную инфраструктуру ИИ и конвейеры DevSecOps.
На втором месте в списке — квантовые технологии, которые в меморандуме определены как критически важные для безопасной связи, датчиков и вычислений следующего поколения, «при этом квантовое шифрование повышает безопасность сетей, а квантовые вычисления совершенствуют обработку данных и киберустойчивость».
Ключевые квантовые приоритеты уровня 2 включают безопасную связь и шифрование, транспортировку, обнаружение и позиционирование, навигацию и синхронизацию, а также обеспечивающую инфраструктуру.
В список также вошли концепция нулевого доверия и кибербезопасность в целом. ВМС США уделяют особое внимание передовым стратегиям киберзащиты, таким как автоматизация анализа угроз и проактивные механизмы безопасности для противодействия враждебным операциям. Приоритеты кибербезопасности уровня 2 включают управление идентификацией и доступом, архитектуру нулевого доверия, кибероперации и безопасность операционных технологий.
В список также входят усовершенствованные возможности командования, управления, связи, компьютеров, боевых систем, разведки, наблюдения и рекогносцировки (C5ISR) и военно-космической связи, что отражает растущее внимание Министерства обороны к интегрированной осведомленности и космическим возможностям.
Чтобы обеспечить соответствие более широким оборонным приоритетам, Министерство обороны координировало программу PTA с направлениями военно-морских исследований и технологий Управления военно-морских исследований и критически важными технологическими направлениями Министерства обороны. Кроме того, технический директор сотрудничал с исполнительными офисами программ, занимающихся вопросами информационной войны, для консолидации полученных данных.
«Такое согласование и консолидация данных поможет устранить путаницу и предоставить более унифицированное сообщение всем заинтересованным сторонам», — говорится в меморандуме, подчеркивая, что сотрудничество имеет решающее значение для ускорения внедрения критически важных технологий ВМС.
Фанелли охарактеризовал меморандум PTA как четкий сигнал партнерам как внутри правительства, так и за его пределами, призванный формировать инвестиционные стратегии и направлять распределение ресурсов в масштабах всего предприятия.
Но по мере развития технологического ландшафта будет меняться и документ PTA. Военно-морской флот планирует использовать модель «Инвестиционный горизонт» — отраслевой стандарт для отслеживания инноваций и отчуждения инвестиций — для корректировки приоритетов с учётом новых технологий.
«Вся таксономия приоритетных технологических областей, включая уровни 1, 2 и 3, размещена на веб-сайте DON CIO и будет регулярно обновляться», — говорится в служебной записке.
Лаборатория оборонной науки и технологий Великобритании (Dstl) разрабатывает квантово-усиленные атомные часы для военного использования
Правительство Великобритании объявило о разработке Лабораторией оборонной науки и технологий квантовых атомных часов, которые позволят усовершенствовать военные операции за счет точного и надежного определения времени, снижая зависимость от систем GPS, подверженных сбоям.
Исключительная точность часов находит применение в таких приложениях, как защищенные сети связи, повышенная точность вооружения и усовершенствованные навигационные системы.
Дальнейшие исследования будут сосредоточены на миниатюризации технологии для размещения на военных транспортных средствах и самолетах, а сотрудничество с промышленностью и научными кругами позволит в течение пяти лет довести часы до уровня оперативного использования.
Правительство Великобритании инвестировало более 28 миллионов фунтов стерлингов (около 35 миллионов долларов США) в квантовые исследования и разработки, включая разработку часов.
Часы спроектированы так, чтобы сохранять точность хода, которая, как рассчитано, составляет менее одной секунды за миллиарды лет. Эта возможность снижает зависимость от глобальных навигационных спутниковых систем, которые подвержены глушению и помехам. Генеральный директор Dstl Пол Холлинсхед назвал эту разработку «…значительным достижением в развитии возможностей Великобритании в области квантовых технологий. Собранные данные не только определят будущие оборонные усилия, но и послужат сигналом для промышленности и академических кругов о том, что мы серьёзно относимся к изучению квантовых технологий для обеспечения безопасного и устойчивого оперативного преимущества».
Применение в военных системах и будущие адаптации
Атомные часы могут применяться не только для измерения времени. Они также могут использоваться для усовершенствованных навигационных систем, безопасных сетей связи и повышения точности современного оружия. Снижая зависимость от GPS, эта технология призвана укрепить национальную безопасность, предоставляя устойчивую систему времени, менее уязвимую к помехам, подмене сигналов или разрушению во время конфликтов.
Мэтт Стил из Управления главного технического офицера Королевского флота прокомментировал важность часов, заявив: «В ближайшие несколько лет способность эффективно действовать, выживать, ориентироваться и оставаться смертоносным с использованием квантовой технологии в сочетании с GPS обеспечит оперативное преимущество». Министерство обороны также отметило роль часов в поддержке зашифрованных военных сетей и уточнении расчётов траектории управляемых ракет.
Часы разрабатываются с целью дальнейшей миниатюризации для более широкого применения. Дальнейшие исследования будут направлены на адаптацию технологии для использования на альтернативных платформах, включая военную технику и самолёты.
Депутат парламента Мария Игл, министр оборонных закупок и промышленности, подчеркнула важность интеграции передовых технологий в существующие системы, заявив: «Интеграция передовых технологий в существующие возможности иллюстрирует приверженность правительства инновациям в оборонном секторе и обеспечению наших Вооруженных сил наилучшим возможным снаряжением для обеспечения нашей безопасности дома и силы за рубежом».
Проект включает сотрудничество с такими партнёрами, как Infleqtion UK, Aquark Technologies, HCD Research и Имперский колледж Лондона. Целью этих партнёрств является интеграция опыта промышленности и академических кругов для усовершенствования технологии и подготовки её к практическому применению в течение пяти лет.
Испытания «Демонстрации усовершенствованной системы хронометража» оценивают производительность часов и потенциальные ограничения. Испытания, проводимые при участии Королевского флота и команды Army Futures, являются первыми испытаниями квантовых часов, созданных в Великобритании, вне лабораторных условий. Размышляя о значимости этих испытаний, Холлинсхед отметил: «Собранные данные не только определят будущие оборонные усилия, но и послужат сигналом для промышленности и академических кругов о том, что мы серьёзно относимся к изучению квантовых технологий для обеспечения надёжного и устойчивого оперативного преимущества».
Овчинский В.С.
https://zavtra.ru/blogs/kvantovie_tehnologii_dlya_voennogo_primeneniya
30.05.2025 Противоборство на «фронте» квантовых технологий.
Разведка Пентагона «бьет в колокола»
Разведка Министерства обороны США отмечает растущее военное использование квантовых технологий геополитическими соперниками
27 мая 2025 года на сайте Quantum Insider опубликованы выводы доклада «Оценка угроз Разведывательного управления США (DIA) за 2025 год», касающиеся квантовых технологий. Главный вывод доклада в том, что квантовые технологии вскоре станут использоваться в военных целях, а конкурирующие страны инвестируют в сенсорные системы, защищенные коммуникации и вычисления, чтобы бросить вызов стратегическим преимуществам США.
Квантовые датчики и средства связи развиваются быстрее, чем вычислительная техника: Китай и Россия расширяют квантовые сети городского масштаба и разрабатывают средства обнаружения, которые могут обойти традиционные системы скрытности и GPS.
Эти достижения являются частью более широкой конвергенции с ИИ, радиоэлектронной борьбой и микроэлектроникой, что повышает риск технологической неожиданности и побуждает Разведывательное управление военной информации рекомендовать интеграцию квантовой готовности в оборонное планирование США.
Разведывательное управление Министерства обороны США предупредило, что квантовые технологии становятся все более востребованными на поле боя, поскольку конкурирующие страны инвестируют в квантовые датчики, средства связи и вычисления такими способами, которые могут подорвать стратегические преимущества Америки.
Результаты являются частью Оценки мировых угроз DIA 2025 года, в которой описывается, как быстро развивающиеся разработки в области квантовой науки, искусственного интеллекта, микроэлектроники и кибервозможностей меняют облик современной войны. В докладе квантовые технологии рассматриваются как нечто большее, чем будущий риск. Теперь они являются частью активного оборонного планирования Китая и России, и в перспективе можно ожидать практических развертываний — особенно в области зондирования и защищенной связи.
Аналитики пишут, что в 2025 году, больше, чем в прошлые годы, меняется ландшафт угроз.
Достижения в области квантового зондирования
В то время как основное внимание общественности в области квантовых вычислений сосредоточено вокруг машин для взлома шифрования, DIA предполагает, что датчики ближе к реальному воздействию.
«Хотя отдельные направления исследований, такие как зондирование, развиваются быстрее, неправительственные эксперты указывают, что разработка квантового компьютера, способного к дешифрованию, маловероятна в этом десятилетии», — утверждают аналитики.
С 2024 года Китай и Россия представили новые более производительные квантовые компьютеры и продолжили расширять свои квантовые коммуникационные сети. Эти устройства, которые обнаруживают изменения в магнитных или гравитационных полях, становятся достаточно чувствительными, чтобы обнаруживать подводные лодки или подземные сооружения без спутниковой помощи. Такие возможности могли бы дать военным больше ситуационной осведомленности в средах, где сигналы GPS слабы или заблокированы.
В докладе также отмечен прогресс в квантово-безопасных коммуникациях. Национальная квантовая сеть Китая продолжает расширяться, теперь в нее входят несколько охватывающих город каналов, которые передают данные с помощью квантового распределения ключей, метода, который считается невосприимчивым к современным методам подслушивания. Россия также упоминается как инвестирующая в безопасные квантовые каналы, вероятно, при поддержке отечественных оборонных фирм и научно-исследовательских институтов.
В вычислительной технике угроза остается долгосрочной, но не абстрактной. Аналитики DIA признают, что сегодняшние квантовые компьютеры шумные и ограничены по размеру, но отмечают, что алгоритмические достижения и системная инженерия сокращают ресурсы, необходимые для взлома конфиденциальных данных. Последние разработки показывают, что количество квантовых битов — или кубитов — необходимых для взлома шифрования RSA может быть на порядок меньше, чем считалось ранее, хотя надежность и физическая осуществимость таких атак остаются недоказанными.
Квантовая технология — это всего лишь одна из технологических угроз
В докладе предполагается, что дополнительный вес этим тенденциям придает более широкий контекст: квантовые технологии не развиваются в изоляции. Согласно докладу, их конвергенция с ИИ, радиоэлектронной борьбой и передовым производством ускоряет интеграцию в военные системы. Эти комбинации позволяют странам исследовать возможности использования квантовых процессоров в анализе сигналов, логистике и многодоменном моделировании. Они также повышают эффективность датчиков и безопасных коммуникаций, связывая их с системами принятия решений на основе ИИ.
Доклад помещает эти события в более широкую геополитическую картину. Он документирует растущее военное и техническое сотрудничество между Китаем и Россией, а также взаимодействие с Северной Кореей и Ираном. Говорят, что Китай осторожен в отношении прямой военной помощи, но активно участвует в совместных учениях и технических обменах, в том числе в области космоса и радиоэлектронной борьбы. Россия, в свою очередь, как сообщается, предлагает своим партнерам космические и ядерные технологии, некоторые из которых имеют двойное применение, которое может способствовать усилиям по квантовому зондированию или навигации.
Продвинутая микроэлектроника играет ключевую роль в этой сети. DIA подчеркивает, что чипы и производственные мощности лежат в основе всей гонки оборонных технологий, включая квантовые системы.
«Микроэлектроника остается стержнем технологической конкуренции и представляет собой критически важную точку в усилиях по разработке и приобретению технологий», — пишут аналитики. «Доступ к высокотехнологичной микроэлектронике лежит в основе способности государства разрабатывать передовые технологии с интенсивными вычислениями, такие как ИИ и квантовые технологии. Хотя Соединенные Штаты и их союзники сохраняют технологическое преимущество в процессах производства и проектирования, наши конкуренты усердно работают над сокращением своей иностранной зависимости, связанной с этими критически важными технологиями».
Экспортный контроль полупроводников замедлил некоторые аспекты прогресса Китая, но в докладе говорится, что внутренние инвестиции и глобальные обходные пути позволяют поддерживать исследования, связанные с квантовой техникой, на правильном пути. Россия, тем временем, сталкивается с дефицитом поставок и давлением затрат из-за санкций, но продолжает отдавать приоритет электронике для ракет и защищенной связи.
Стратегические последствия
В докладе перечислены несколько широкомасштабных последствий для оборонной стратегии США. В целом доклад утверждает, что квантовая готовность теперь является частью оборонного планирования, а не только дорожных карт кибербезопасности. Агентствам настоятельно рекомендуется оценить не только то, как квантовые компьютеры могут взломать текущее шифрование, но и то, как квантовые датчики и часы могут бросить вызов давним предположениям о скрытности, навигации и обнаружении. Это знаменует собой отход от предыдущих оценок, которые рассматривали квантовую науку в основном как долгосрочную область исследований.
DIA также отмечает растущий риск неожиданности. Квантовые технологии трудно обнаружить и проверить до развертывания, особенно в случае датчиков или систем связи. Это затрудняет сбор разведданных и сокращает время предупреждения, доступное для реагирования на технологические скачки противников. В докладе подразумевается, что без более четкого сравнительного анализа и наблюдения за конкурирующими квантовыми возможностями США могут действовать на основе устаревших предположений.
Наконец, в докладе подчеркивается, что коммерческое и академическое сотрудничество в области квантовой науки носит глобальный характер и не все соответствует интересам США. Поддерживаемые правительством Китая компании инвестируют в зарубежные партнерства, которые могут служить как гражданским, так и военным целям. DIA отмечает, что исследовательские институты могут не знать, как их результаты перепрофилируются, что подчеркивает важность экспортного контроля, требований раскрытия информации и безопасных исследовательских сред.
Ограничения все еще существуют
Несмотря на достижения, в докладе признается, что масштабируемые квантовые компьютеры, способные взломать шифрование с открытым ключом, пока не работают, и что прогресс неравномерен. Фотонные системы, сверхпроводящие схемы и машины с захваченными ионами сталкиваются с серьезными препятствиями в стабильности, исправлении ошибок и производстве. Квантовые сенсорные устройства, хотя и находятся на более высоком уровне, все еще громоздки и энергоемки для большинства военных полевых приложений.
Однако оценка DIA предполагает, что, хотя квантовые технологии не изменят войну в одночасье, они уверенно проникают в критические системы. Преимущество, которое они обеспечивают — более точная навигация, неразрывная связь, более быстрое распознавание целей — хорошо соответствует требованиям современных сетевых боевых сред.
Вооруженные силы США и их союзники готовятся к квантовой угрозе для криптографии
Этой проблеме посвящена статья на сайте Just Security от 28 мая 2025 года.
В ней говорится, что особенно тревожно с точки зрения национальной безопасности: криптография, которая защищает секретную информацию национальной безопасности, уязвима для атак с использованием квантовых вычислений. Враждебная США страна может в конечном итоге использовать квантовый компьютер для чтения некоторых из самых важных военных и разведывательных секретов США. Агентство национальной безопасности (АНБ) публично заявило, что «влияние враждебного использования квантового компьютера может быть разрушительным для систем национальной безопасности и нашей страны».
Две потенциальные контрмеры
Сегодня существуют две упреждающие меры противодействия квантовым атакам на криптографию.
Первая называется постквантовой криптографией (PQC). Постквантовая криптография работает на тех же базовых принципах, что и современная криптография: она кодирует информацию математически, используя математические задачи, которые слишком сложны для решения даже самыми быстрыми суперкомпьютерами. Разница в том, что мы не верим, что даже квантовый компьютер сможет сломать математические задачи, используемые в PQC (хотя мы не можем полностью исключить такую возможность).
В 2022 году бывший президент США Байден выпустил Меморандум о национальной безопасности 10 , в котором признал риск, который квантовые компьютеры могут в конечном итоге представлять для безопасности правительственных коммуникаций США, и приказал всему правительству США модернизировать «настолько большую часть своих систем связи до PQC, насколько это осуществимо к 2035 году», признавая тот факт, что такое масштабное начинание, вероятно, займет много лет. АНБ опубликовало подробное руководство о том, как этот Меморандум применяется к секретным военным системам связи. Во многом благодаря многолетней тщательной работе Национального института стандартов и технологий (NIST) Соединенные Штаты широко считаются мировым лидером в практической реализации PQC.
Другая контрмера называется квантовым распределением ключей (QKD). В отличие от PQC или сегодняшней криптографии, QKD вообще не полагается на математику. Вместо этого он использует законы физики для защиты информации — по иронии судьбы, некоторые из тех же законов квантовой физики, которые лежат в основе квантовых вычислений, хотя и применяются с совершенно разными целями. В то время как мы можем думать о PQC как о в основном программном решении, QKD — это аппаратное решение; оно требует физической замены большей части существующего коммуникационного оборудования. Вообще говоря, QKD — более дорогое решение, чем PQC, что является одной из причин, по которой АНБ не поддерживает использование QKD для защиты информации национальной безопасности США.
В течение нескольких лет Китайская Народная Республика была явным мировым лидером в развертывании квантового распределения ключей. Китай развернул сеть QKD национального масштаба, состоящую из 2000 километров оптоволоконного кабеля и двух спутников связи QKD, которые он использовал для шифрования сообщений с Россией и Южной Африкой. Хотя правительство КНР в целом сформулировало цель этой сети как улучшение кибербезопасности в целом, вполне вероятно, что они планируют использовать ее для защиты от любых крупномасштабных квантовых компьютеров, которые могут в конечном итоге возникнуть.
Правительство США ясно сообщило через Меморандум по национальной безопасности 10, что оно планирует использовать PQC в качестве предпочтительной защиты от угрозы, которую квантовые компьютеры будут представлять для криптографии, а АНБ запрещает использование QKD для защиты информации о национальной безопасности США. КНР менее ясно обозначила свои планы, но она инвестировала больше ресурсов в QKD, чем любая другая страна (хотя она также изучает PQC).
Каждая контрмера имеет некоторые теоретические преимущества, которых нет у другой. Более того, они не являются взаимоисключающими; возможно их сочетание.
Позиции других стран
Общая картина относительно квантовых контрмер в странах-союзниках США запутанная и сложная. Некоторые европейские страны выразили четкий выбор PQC в качестве своей единственной защиты от квантовой угрозы, в то время как другие страны выразили открытость как PQC, так и QKD, а некоторые активно финансируют развертывание обоих.
Ни одно разведывательное сообщество другой страны не излагало столь подробные планы, как АНБ, по развертыванию контрмер против квантовых компьютеров. Но несколько национальных правительств опубликовали позиционные документы по общей теме квантовых контрмер. Агентства по кибербезопасности и безопасности связи правительств Великобритании, Франции , Германии , Нидерландов, Швеции и Чехии заявили о четком выборе PQC вместо QKD, аналогично позиции АНБ (хотя только британское и французское правительства специально рассматривали вопрос защиты секретной военной информации, как это сделало АНБ).
В то же время Европейская программа развития оборонной промышленности совместно финансировала консорциум DISCRETION , который развертывает системы QKD в Австрии, Италии, Португалии и Испании. Консорциум DISCRETION заявляет, что он предоставил услуги португальским военным клиентам. (Все десять упомянутых выше стран, за исключением Австрии, являются союзниками НАТО.) Сама Стратегия НАТО в области квантовых технологий занимает промежуточную позицию. В ней заявлено, что «сегодня постквантовая криптография является важным подходом к защите коммуникаций от атак с использованием квантовых технологий. В будущем дальнейшие усовершенствования могут позволить квантовому распределению ключей также способствовать обеспечению безопасности коммуникаций».
Канадское правительство продвигает принятие PQC, но Канадская национальная квантовая стратегия также обещает «разработать коммерчески жизнеспособное распределение квантовых ключей» и запустить спутник QKD. Канадские военные включили QKD в список важных оборонных возможностей и в настоящее время финансируют академические исследования сетей QKD, хотя их квантовая дорожная карта признает, что «QKD в настоящее время не рекомендуется для защиты систем национальной безопасности».
Тем временем правительство Южной Кореи, похоже, с энтузиазмом относится как к PQC, так и к QKD. Его Национальная разведывательная служба выступила соорганизатором конкурса, в ходе которого в январе 2025 года были выбраны четыре алгоритма PQC для стандартизации. В то же время правительство Кореи подключило 48 правительственных департаментов к сети QKD протяженностью 800 километров, а его Корейская национальная квантовая стратегия поощряет «быстрое принятие министерствами и государственными учреждениями» QKD и аналогичных систем квантовой криптографии. В январе 2025 года Национальная разведывательная служба Южной Кореи аккредитовала систему QKD, соответствующую стандартам национальной безопасности.
Японская квазиправительственная организация по развитию новых энергетических и промышленных технологий финансирует развертывание технологий PQC и QKD в Японии. Японское правительство, по-видимому, не инвестировало напрямую столько ресурсов в развертывание QKD, сколько южнокорейское, но японская Стратегия инноваций в области квантовых технологий ставит цель «повысить безопасность различных приложений безопасности за счет коммерциализации устройств квантовой криптографии», а ее стратегия развития квантовой будущей промышленности «продвигает использование государственных органов в качестве… ранних последователей сетей квантовой безопасности».
Последствия для взаимодействия коммуникаций
Почему кого-то должно волновать, какое решение выберет другая страна? Потому что PQC и QKD работают на совершенно разных принципах, а системы связи, использующие разные системы криптографии, могут столкнуться с огромными проблемами взаимодействия.
Объединение PQC и QKD в одной системе связи возможно, хотя и нелегко. Но системы информационной безопасности создают дополнительные проблемы, выходящие за рамки чисто технических. Для системы информационной безопасности недостаточно, чтобы информация надежно передавалась от отправителя к получателю; необходимо также быть уверенным, что она не была перехвачена или изменена по пути. Предположим, что организация не доверяет безопасности QKD и запрещает использовать ее для передачи конфиденциальной информации — или аналогично с PQC. В сложной сети связи (например, в Интернете), которая использует как PQC, так и QKD, может стать чрезвычайно сложным гарантировать, что данное сообщение никогда не пройдет через запрещенную систему.
Этот факт повышает риск того, что разные страны могут принять разные криптографические контрмеры против угрозы квантовых вычислений, которые могут быть или не быть взаимно совместимыми. В лучшем случае может быть очень дорого подключать разные системы связи, использующие разные протоколы. В худшем случае некоторые страны могут запретить использование систем связи, принятых другими странами, тем самым лишив эти страны возможности безопасно общаться вообще.
Интероперабельные коммуникации могут быть проблемой как в гражданском, так и в военном секторе. Но в случае квантово-безопасной коммуникации проблема, вероятно, будет гораздо серьезнее для военных коммуникаций. Конкурентного давления между компаниями и надежной системы добровольных организаций по разработке стандартов обычно достаточно для обеспечения бесперебойной интероперабельности между коммерческими системами связи. (И вообще, в обязанности государственных политиков не входит управление коммерческими стандартами.)
Но коммуникационная совместимость между военными системами всегда была намного сложнее по нескольким причинам, включая жесткие правила военных систем, ограниченную базу поставщиков и пользователей, а также уникальные жесткие требования безопасности (включая способность обрабатывать информацию на различных уровнях секретности). Эти проблемы совместимости только усложняются между армиями разных стран.
Простота коммуникации между союзными военными имеет решающее значение для их успеха в совместных операциях. Чем раньше союзные военные США четко изложат свою стратегию защиты своих коммуникаций от квантовых компьютеров, тем лучше для Америки. В идеале союзные военные должны координировать эти стратегии между собой. Есть несколько сложных вопросов, которые могут возникнуть в будущем. Например: даже если АНБ не позволит военным США использовать QKD для передачи информации о национальной безопасности, позволит ли АНБ военным США делиться этой информацией с союзными военными, которые могут использовать QKD?
Хотя квантовым компьютерам, возможно, еще много лет, прежде чем они смогут реализовать алгоритм для атаки на криптографию, есть риск , что противники США уже могут хранить зашифрованную информацию, которую они смогут расшифровать через несколько лет, когда квантовые компьютеры станут достаточно мощными. И раннее и преднамеренное развертывание контрмер будет намного дешевле, чем поспешное развертывание, когда угроза приблизится.
Вывод статьи: правительствам стран-союзников США следует как можно скорее выдвинуться, чтобы защитить свои системы связи от угрозы квантовых вычислений. При этом им следует четко изложить свою общую стратегию относительно того, какие контрмеры они планируют принять и когда, а также какие контрмеры они, возможно, уже исключили. Это даст коммерческим поставщикам в этих странах четкие указания относительно того, какие системы разрабатывать для государственных клиентов и в какие сроки.
Военные союзники также должны достичь общего понимания относительно того, какие протоколы безопасности будут приемлемы для информации о национальной безопасности, которой обмениваются страны. (Даже между странами, которые взяли на себя обязательство принять PQC, существуют важные различия в деталях реализации, которые могут привести к проблемам взаимодействия. Эти различия также должны быть гармонизированы).
Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) расширяет свое исследование квантовых вычислений, выбрав около 20 компаний для участия в создании промышленно полезного квантового компьютера
National Defense (28.05.2025) пишет, что Инициатива DARPA по квантовому бенчмаркингу (Quantum Benchmarking Initiative, QBI) является расширением ее существующей программы Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC). Оба проекта направлены на определение того, сможет ли кто-то предоставить квантовый компьютер для коммунального масштаба (то есть его вычислительная ценность превысит его стоимость) в течение следующего десятилетия, сказал Джо Альтепетер, менеджер программы в Microsystems Technology Office агентства.
В феврале 2025 года агентство выбрало Microsoft и PsiQuantum для участия в финальном этапе программы US2QC, а в апреле объявило, что еще 18 компаний примут участие в этапе A инициативы Quantum Benchmarking Initiative — шестимесячном спринте, в ходе которого участники представят исчерпывающие технические подробности своих концепций квантовых вычислений, чтобы показать, как их можно реализовать менее чем за 10 лет.
Агентство решило расширить свои квантовые исследования, поскольку, пока оно работало над US2QC, появлялось все больше компаний, заявлявших, что они добились больших успехов на пути к созданию «промышленно преобразующего квантового компьютера», сказал Альтепетер.
По его словам, QBI «не похожа ни на одну из известных мне программ DARPA», поскольку агентство «не управляет автобусом».
DARPA «занимает скептическую позицию на начальном этапе», поскольку «мы не уверены, смогут ли эти компании добиться успеха, и мы хотим задействовать ресурсы, время и экспертизу, чтобы выяснить, кто из них настоящий, а кто нет», — сказал он.
Он добавил, что выбор 18 компаний для этапа А инициативы стал «большим сюрпризом».
DARPA не установило квоту на количество технологий, которые оно выберет, сказал он. «Мы просто сказали, что все, у кого… был правдоподобный путь туда, который мы могли видеть, должны были их ввести».
В число участников входят компании разных размеров из США и других стран, реализующие самые разные подходы к квантовым вычислениям.
Одна из компаний, выбранных для этой инициативы, Alice & Bob, головной офис которой находится в Париже, а офисы — в Бостоне, разрабатывает технологию, известную как кошачьи кубиты.
Жюльетт Пейронне, генеральный директор Alice & Bob в США, сказала, что «большие накладные расходы, с которыми сейчас сталкиваются все в отрасли, связаны с необходимостью исправлять ошибки». Компании разработали кубиты — строительные блоки для квантовых компьютеров — «но мы не можем доверять результатам, которые получаем, потому что существует очень высокий процент ошибок, которые возникают в результате измерения наших кубитов».
Многие компании внедрили коды исправления ошибок, чтобы исправить эти ошибки, но их реализация «очень затратна с точки зрения ресурсов», сказал Пейронне в интервью.
«Если вы посмотрите на некоторые из последних разработок Google, вы увидите, что им нужно около 1000 физических кубитов для создания» одного логического кубита — набора физических кубитов, организованных для предотвращения ошибок, — в то время как технологии кошачьих кубитов Алисы и Боба требуется всего 16 физических кубитов для формирования логического кубита, сказала она.
«Главное отличие нашего подхода заключается в том, что мы обеспечиваем высокую эффективность оборудования, а это означает, что у нас нет такой же нагрузки на инженеров», как у других систем, что увеличивает скорость, с которой компания может создать и внедрить квантовый компьютер, сказала она.
Еще один участник этапа A QBI, канадская компания Photonic Inc., занимается разработкой оптически связанных кремниевых спиновых кубитов.
Стефани Симмонс, основатель и главный квантовый директор компании Photonic, сказала, что квантовые компьютеры должны «обеспечивать исправление ошибок» и «не быть шумными — а чтобы они не были шумными, они должны быть полностью идеальными. … Чтобы быть идеальными, это означает, что они должны всегда контролировать свое окружение», и многие системы сегодня сталкиваются с физическими ограничениями, поскольку их производительность снижается после определенного размера.
«Для этих разных систем существуют разные ограничения, и если вы взглянете на них всех, то увидите, что все они ограничивают себя гораздо меньше, чем размеры, необходимые для предоставления ценности», — сказала Симмонс.
Подход Photonic заключается в объединении атомов кремния — «стандартного материала, который мы используем для всех наших чипов сегодня» — с небольшой молекулой, которая при активации с помощью оптики или электроники испускает фотон «телекоммуникационной длины волны», который «может пройти по всем волокнам, которые уже проложены по всему миру», решая проблему масштабирования, с которой сталкиваются другие квантовые системы, сказала она.
Цель компании — создать «распределенное квантовое вычислительное решение», — сказала она. «Вместо того, чтобы помещать все кубиты — все квантовые штуки — в одну коробку и требовать миллионы, мы могли бы подумать о том, чтобы извлечь выгоду, как это сделали классические суперкомпьютеры, взяв один компьютер, а затем распараллелив и собрав множество вместе».
После этапа A DARPA выберет компании для перехода к годовому этапу B, в ходе которого агентство изучит их подходы к исследованиям и разработкам, за которым последует финальный этап C, на котором независимая группа проверки и валидации QBI протестирует компьютерное оборудование компаний, говорится в пресс-релизе DARPA. Финальный этап US2QC имеет те же технические цели, что и этап C инициативы квантового бенчмаркинга, добавили в нем.
Альтепетер отметил, что квот на количество компаний, прошедших на каждый этап, не существует.
Овчинский В.С.
https://zavtra.ru/blogs/protivoborstvo_na_fronte_kvantovih_tehnologij
03.01.2024 Что такое квантовые технологии?
|
|
Объясняет Александр Печень — доктор физико-математических наук, заведующий отделом математических методов квантовых технологий в Математическом институте им. В. А. Стеклова РАН, профессор МИСиС, заместитель заведующего кафедрой «Методы современной математики» в МФТИ.
01.11.2021 Главная технология ближайшего будущего. Битва за кванты.
Квантовый компьютер может изменить мир. Он может изменить медицину, взломать шифрование и произвести революцию в области связи и искусственного интеллекта. Некоторые задачи, над которыми существующим суперкомпьютерам надо трудиться тысячу лет, он сможет решить за полчаса. Такие компании, как IBM, Microsoft, Intel и Google, вступили в гонку за создание квантового компьютера. Китай вложил миллиарды долларов в квантовый вычислительный прорыв.
Квантовый компьютер — гипотетическое вычислительное устройство, где в основе работы центрального процессора лежат законы квантовой механики. Проще говоря, это устройство, состоящее из некоего набора элементарных частиц, на которые осуществляется воздействие и которые в ответ на это воздействие реагируют мгновенным изменением своего квантового состояния.
Идея квантовых вычислений впервые была высказана советским математиком Юрием Маниным в 1980 году, через год эстафету подхватил американский физик Ричард Фейнман, предположив, что законы квантовой механики можно использовать для ускорения вычислений. В 1989-1995 годах британский физик Дэвид Дойч предложил концепцию квантового процессора и квантовых логических вентилей. В 1998 году в Калифорнийском университете Беркли под руководством доктора Айзека Чуанга был создан первый 2-кубитовый квантовый компьютер.
В 2001 году IBM протестировала 7-кубитный квантовый компьютер — самый большой на тот момент, а в 2005 группа кандидата физико-математических наук Ю. Пашкина построила 2-кубитный квантовый процессор на сверхпроводящих элементах.
В 2007 году компания D-Wave начала продавать квантовую систему. Это еще не компьютер, а узкоспециализированная система, работающая быстрее любого суперкомпьютера стандартной архитектуры, но решающая только одну задачу.
В ноябре 2009 года физикам из Национального института стандартов и технологий в США впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубитов.
В 2017 группа физиков под руководством сооснователя Российского квантового центра и профессора Гарварда Михаила Лукина создала программируемый 51-кубитный квантовый компьютер на холодных атомах рубидия — один из самых мощных квантовых компьютеров. В том же году IBM построила кубитный квантовый компьютер, хотя не раскрыла подробностей.
В 2018 Google построила квантовый процессор Bristlecone, в котором объединила 72 сверхпроводниковых кубита.
В 2019 IBM создала универсальный коммерческий квантовый компьютер Q System One.
В 2020 году квантовый компьютер Google Sycamore с 53 кубитами смоделировал химическую реакцию в молекуле, состоящей из атомов водорода и азота.
Создается впечатление, что полноценный квантовый компьютер уже существует и вовсю решает сложные прикладные задачи. Однако большинство экспертов считает, что на сегодняшний день квантовый компьютер находится только на стадии разработки, так как реализованы лишь единичные экспериментальные системы, исполняющие фиксированный алгоритм небольшой сложности. Сама возможность построения полноценного квантового компьютера связана с серьезным развитием квантовой теории, проведением сложных экспериментов и, вероятно, с еще не совершенными открытиями.
В этой связи предлагаем ознакомиться с докладом исследовательской корпорации RAND «Коммерческие и военные приложения квантовых технологий и сроки их реализации» (октябрь 2021 года). В докладе предложен краткий анализ важнейших квантовых технологий и дается представление об их развитии во всем мире.
Глава первая
Введение
Квантовая механика — это область физики, которая описывает поведение микроскопических частиц. В масштабах расстояний меньше нескольких нанометров становятся важными принципиально новые физические эффекты, не имеющие аналогов в повседневной жизни человека. Теперь инженеры могут создавать несколько типов устройств, которые используют преимущества этих эффектов, чтобы намного превосходить возможности существующих устройств.
Физическая теория квантовой механики изучается более века, но в последние годы было предложено много новых потенциальных приложений, которые уже созданы или приблизились к стадии практического использования и развития.
Квантовые технологии часто делятся на три большие категории: квантовое зондирование, квантовая связь и квантовые вычисления.
Глава вторая
Обзор квантовых технологий
Квантовое зондирование
Квантовое зондирование относится к способности использовать квантовую механику для создания точных датчиков. Считается, что это применение квантовой технологии имеет ближайший коммерческий потенциал. Новая технология квантового зондирования, разрабатываемая учеными, обещает нам способность видеть, что находится под землей или за стеной, а военным — возможность тайно обнаруживать противника.
Рассмотрим несколько примеров применения квантового зондирования:
Высокоточные часы могут иметь коммерческое применение, например, для проверки высокочастотных финансовых сделок и динамического регулирования электросети. Чувствительные гравитометры можно использовать для сейсмографических прогнозов землетрясений и чувствительных вулканов, для подземной разведки запасов нефти и газа или для оценки твердости грунта под крупными строительными объектами без необходимости рыть скважины.
Немецкая компания Bosch, которая производит автомобильные компоненты и другие точные промышленные технологии, изучает возможность использования квантовых акселерометров в автомобилях, особенно в автономных транспортных средствах. Квантовые магнитометры также могут иметь биомедицинское применение — например, для улучшения сканеров магнитно-резонансной томографии (МРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Ещё одно применение квантового зондирования, которое в первую очередь представляет интерес для военных, — это навигация в условиях, где отсутствует GPS. Гравитационное и магнитное поля Земли имеют небольшие вариации, известные как аномалии, которые меняются от места к месту. Чувствительный гравитометр или магнитометр может проводить точные измерения локальных полей и сравнивать их с картами этих аномалий для навигации без какой-либо внешней связи. Точно так же улучшенные акселерометры могут использовать автономные инерциальные навигационные системы (Инерциальная навигация — метод навигации (определения координат и параметров движения различных объектов — судов, самолётов, ракет и др.) и управления их движением, основанный на свойствах инерции тел, являющийся автономным, то есть не требующим наличия внешних ориентиров или поступающих извне сигналов – Е.С., В.О.).
Квантовое изображение
Другая категория квантового зондирования известна как квантовое изображение, которое включает обнаружение как видимого света, так и радиочастотного излучения (т.е. радаров). Два из наиболее многообещающих приложений как известны фантомное изображение и квантовое освещение.
Фантомное изображение
Фантомное изображение использует уникальные квантовые свойства света для обнаружения удаленных объектов с использованием легко отображаемых целей. Лучи фантомного изображения также могут сильно проникать атмосферные заслоны, такие как дым и облака. Сотрудники Исследовательской лаборатории армии США, разработавшие эти технологии, предложили использовать фантомную визуализацию для дальнего радиолокационного обнаружения с земли беспилотных летательных аппаратов или спутников. Помимо очевидного военного применения, способность проникать сквозь дым и облачный покров может быть полезна для мониторинга погоды или реагирования на стихийные бедствия (например, для мониторинга распространения лесных пожаров). Этот метод может быть очень эффективным в условиях дыма или публично действовать на расстоянии 2,33 км.
Ряд исследователей обсуждает использование фантомных изображений для скрытых операций. Фантомное изображение может предложить более высокое разрешение, чем стандартное изображение, особенно в условиях очень низкой освещенности, когда цель трудно обнаружить. Предлагается также применять фантомное изображение при очень слабом освещении для использования изображений биологических образцов, которые настолько хрупкие, что они могут быть повреждены ярким освещением.
Квантовое освещение
Квантовое освещение концептуально похоже на фантомное, но может обеспечить еще большее усиление чувствительности. Математически доказано, что квантовое осветительное устройство может достичь отношения сигнал/шум (SNR) на 6 дБ выше, чем лучший теоретически возможный аппарат, не использующий преимущества квантовой механики.
Одним из предлагаемых вариантов использования этой технологии является квантовый радар для военных приложений. Теоретически квантовый радар должен быть уникально эффективным для обнаружения целей с низкой отражательной способностью на фоне высокого шума, поэтому он может быть особенно эффективным для обнаружения самолетов-невидимок. Улучшение отношения сигнал /шум на 6 дБ соответствует увеличению максимальной дальности обнаружения радара на 41%. Более того, квантовый радар, в принципе, может быть спроектирован так, чтобы сигналы было чрезвычайно трудно перехватить или заблокировать.
В открытой литературе еще не сообщалось о крупномасштабных радарах с квантовым освещением, но есть описание применения настольных прототипов. Один из прототипов успешно использует отношение сигнал / шум, превышающее возможное для неквантового. Как и в случае создания фантомных изображений, повышенная чувствительность квантового освещения может позволить использовать гораздо более слабый сигнальный луч, чем это обычно. Соответственно, квантовое освещение может также применяться для биомедицинской визуализации в ситуациях, когда сильный сигнальный луч от обычного устройства визуализации может повредить исследуемую ткань.
Даже теоретическая конструкция квантового радара остается на очень ранней стадии, и до недавнего времени квантовый радар был способен (в принципе) улучшать измерение дальности до цели от приемопередатчика, но не ее направления. Однако даже с этой новой конструкцией нет возможности отслеживать скорость или направление движения цели, как это могут делать существующие радары с помощью эффекта Доплера. Таким образом, военная полезность квантового радара остается ограниченной без значительного прогресса в его конструкции.
Квантовая коммуникация
Основное краткосрочное применение технологии квантовой связи — защита от перехвата, в первую очередь с помощью метода, известного как квантовое распределение ключей (QKD). В QKD ключ шифрования передается между двумя сторонами в виде квантовых частиц, называемых фотонами. В результате квантовой природы этих частиц любой перехватчик, который их перехватывает, в принципе обязательно оставит подпись в самом потоке данных; если протокол реализован должным образом, то физически невозможно наблюдать фотоны, не изменяя их каким-либо образом. Если две взаимодействующие стороны обмениваются неповрежденным ключом шифрования, то они могут быть уверены, что никто не перехватил их передачу ключа и, следовательно, никто не сможет расшифровать соответствующие зашифрованные данные. По этой причине квантово-безопасную связь иногда называют «невзламываемой».
Однако этот упрощает безопасность QKD. На практике есть технические тонкости, которые могут привести к уязвимостям. Коммерческие версии с QKD неоднократно демонстрировали наличие уязвимостей в системе безопасности. Более того, даже если уязвимости канала связи к физическому перехвату были защищены, сигнал все равно нужно было кодировать и декодировать на конечных точках компьютерами, уязвимыми для взлома, поэтому защиты данных от физического перехвата недостаточно для обеспечения безопасности связи.
QKD был продемонстрирован на трех различных физических каналах связи: оптоволоконный кабель, открытый канал и спутниковый. Оптоволоконный кабель является наиболее распространенным каналом, но конечные точки передачи должны быть фиксированными, и фотоны могут пройти всего несколько сотен километров до того, как выйдут из строя. Передача через свободное пространство позволяет перемещать конечные точки, но требует передачи в пределах прямой видимости. Гораздо более впечатляющая демонстрация QKD произошла в 2017 и 2018 годах, когда китайский квантовый спутник квантовый спутник Mozi излучал потоки фотонов из космоса, которые зашифровали полностью безопасную 75-минутную телеконференцию между Китаем и Австрией. Пока что Mozi — единственный спутник, демонстрирующий QKD из космоса.
QKD по оптоволоконным кабелям уже сегодня имеет ограниченное коммерческое использование. Швейцарская компания ID Quantique установила QKD между голландскими телекоммуникационными центрами обработки данных, между швейцарскими банками и между избирательными центрами швейцарского правительства. Китайцы построили обширную сеть, соединяющую Пекин и Шанхай, а в 2020 году японские исследователи из Toshiba установили новый рекорд передачи данных через QKD, передав сотни гигабайт геномных данных человека.
Квантовые вычисления
Квантовые вычисления — это наиболее широко известное применение квантовой технологии, но оно также, вероятно, наиболее далеко от практического применения. Квантовый компьютер в принципе мог бы выполнять вычисления намного быстрее, чем это принципиально возможно со стандартным компьютером — настолько, что некоторые задачи, которые невозможно решить на стандартном компьютере, могут стать решаемыми на квантовом компьютере. Несмотря на это, существует на удивление мало известных алгоритмов для конкретных приложений. Фактически, существует множество вычислительных задач, для которых не ожидается, что квантовые компьютеры принесут какие-либо существенные улучшения по сравнению с классическими компьютерами. Более того, создание полезного квантового компьютера сопряжено с огромными инженерными проблемами, и сегодня существуют только небольшие прототипы.
Двумя наиболее важными квантовыми алгоритмами являются алгоритм Шора и алгоритм Гровера. Алгоритм Шора может использоваться для разложения на множители больших чисел экспоненциально быстрее, чем любой известный классический алгоритм. Алгоритм Шора будет расшифровывать конфиденциальную информацию, передаваемую по открытым каналам, таким как Интернет, с очевидными последствиями для онлайн-торговли и национальной безопасности. Также он может быть использован для разрушения безопасности большинства протоколов блокчейнов, включая биткойн, хотя были предложения по конструкциям блокчейнов, которые были бы безопасны от квантовых атак.
Алгоритм Гровера улучшает скорость перебора в большой базе данных, а также численную оптимизацию. Даже небольшое улучшение поиска в базе данных и числовой оптимизации может иметь важные приложения во многих областях, требующих высокопроизводительных вычислений, таких как инженерия и фундаментальные науки (например, биохимия и материаловедение). Неполный список потенциальных приложений включает логистику, оптимизацию цепочки поставок, маршрутизацию доставки, финансовое управление и моделирование сложных физических систем (таких как ядерные или погодные системы).
Третий важный алгоритм, известный как алгоритм Харроу-Хассидима-Ллойда (HHL), был открыт совсем недавно, и его значение все еще является областью активных исследований. Алгоритм HHL эффективно выполняет определенные вычисления линейной алгебры, которые потенциально могут значительно улучшить алгоритмы машинного обучения, используемые для искусственного интеллекта. Однако многие эксперты по-прежнему скептически относятся к тому, что квантовые компьютеры предложат резкое улучшение в этой области.
Последнее, менее известное потенциальное применение квантовых компьютеров — это научное моделирование современных материалов и биохимии, в том числе для создания лекарств и улавливания углерода. Поскольку квантово-механические эффекты объясняют физику, лежащую в основе этих материалов, компьютеры, использующие квантовую механику, однозначно хорошо подходят для их компьютерного моделирования.
Квантовые технологии, охватывающие разные категории
Все краткосрочные приложения квантовой технологии, которые в настоящее время разрабатываются, попадают в одну из трех категорий: зондирование, коммуникация и вычисления, описанные ранее. Однако определенные стимулирующие технологии могут подталкивать прогресс во многих категориях. Например,
• Стабильная квантовая память необходима для хранения информации в квантовых компьютерах в течение длительного времени, что может улучшить безопасность технологии квантовой связи и дальность действия квантового радара.
• Фотонные кубиты, используемые для квантовой связи на большие расстояния, также могут использоваться для квантовых вычислений.
Следовательно, технологический прогресс, скорее всего, не будет происходить полностью независимо, только с использованием рассмотренных трех широких категорий квантовых технологий. Долгосрочное применение квантовой технологии, известной как квантовые сети (или иногда квантовый Интернет), может охватывать все три категории. Квантовая сеть узлов связи могла бы быть безопасной и могла бы позволить распределенное квантовое зондирование и вычисления для иного применения, которое сегодня трудно предсказать.
Глава третья
Перспективы на ближайшие несколько лет
Существует простая (хотя и техническая) объединяющая мера, известная как квантовая запутанность, которая позволяет количественно оценить как производительность, так и инженерные трудности, с которыми сталкивается данная квантовая технология. Грубо говоря, запутанность относится к нескольким микроскопическим частицам, которые скоординировано работают вместе, что увеличивает их индивидуальные возможности. Все наиболее мощные потенциальные приложения квантовой технологии требуют устойчивого взаимодействия между множеством частиц. Однако такое крупномасштабное запутывание чрезвычайно сложно спроектировать, потому что запутывание очень хрупкое, и для его сохранения требуется, чтобы частицы были чрезвычайно хорошо изолированы от окружающей среды (и обычно охлаждались до нескольких тысячных долей градуса выше абсолютного нуля).
Для большинства приложений квантового зондирования требуется очень мало контролируемой запутанности, поэтому они считаются наиболее близкими к коммерческому развертыванию. В открытой литературе имеется мало информации о потенциальных военных применениях квантовых устройств определения местоположения, навигации и синхронизации (PNT), но поскольку технология визуализации фантомных изображений, достаточно развита, она, вероятно, может быть реализована в коммерческих целях в течение нескольких лет. Квантовый радар действительно требует некоторой запутанности и, вероятно, будет применяться в коммерческой сфере намного позднее, потому что некоторые фундаментальные научные проблемы все еще необходимо преодолеть; по оценке экспертов, он может быть введен в эксплуатацию к 2030 году. Правительство Китая утверждает, что уже поставило на вооружение прототип действующего квантового радара, но эксперты крайне скептически относятся к этому утверждению.
Приложения квантового зондирования для навигации без GPS также могут быть близки к практической полезности. В 2015 году в отчете Научно-консультативного совета ВВС был сделан вывод о том, что квантовые навигационные датчики могут быть доведены до уровня технологической готовности в период 2020–2025 годов.
В 2019 году Lockheed Martin анонсировала прототип квантового магнитометра для навигации без GPS. Американский стартап ColdQuanta работает над устройствами, которые он называет системами квантового позиционирования. Разработки некоторых вспомогательных технологий систем финансирует Министерство обороны США.
Хотя уже разрабатываются некоторые коммерческие приложения для инерциальной навигации (например, автономные транспортные средства) , наиболее важными приложениями все же являются военные. Поэтому исследования и разработки (НИОКР), вероятно, будут проводиться военными как в Соединенных Штатах, так и в других странах. Партнерство Five Eyes (включающее Австралию, Канаду, Новую Зеландию, Великобританию и Соединенные Штаты) объявило о программе Quantum-Enabled PNT Strategic Challenge, целью которой является использование квантовых датчиков на судовой платформе для демонстрации новых возможностей навигации в условиях ограниченных возможностей GPS к 2022 году. В итоге Технология квантового зондирования вполне может достичь коммерческой или военной зрелости в течение следующих нескольких лет.
Квантовая связь — это промежуточный случай, потому что некоторые протоколы используют запутанность, а некоторые нет (хотя запутанность обеспечивает дополнительную безопасность). Квантовые коммуникации, которые не основаны на запутанности, уже были коммерчески развернуты (в форме QKD), но до коммуникации на основе запутанности еще несколько лет. Например, китайский спутник Mozi, упоминавшийся ранее, не использовал запутанность, так что это было несколько менее безопасным, чем если бы использовался протокол, основанный на запутанности.
В конце концов, сложные сети квантовой связи на основе запутанности могут привести к квантовому Интернету. Полноценный квантовый Интернет потребует фундаментальных достижений как в квантовой коммуникации, так и в вычислительных технологиях, и это произойдет через много лет, хотя мелкомасштабные реализации квантовых сетей могут появиться всего через несколько лет. Первые реализации, вероятно, будут использоваться для расширения диапазона безопасной квантовой связи за пределы ограниченного диапазона, описанного ранее. Таким образом, простейшие формы квантовой коммуникации уже развернуты, но до наиболее продвинутых и полезных форм, вероятно, еще далеко.
Квантовые вычисления — это наиболее технологически сложный случай, потому что он требует высокой степени запутанности.
Основной строительный блок квантового компьютера известен как кубит, наименьшая единица информации в квантовом компьютере (аналог бита (0 и 1) в обычном компьютере), использующаяся для квантовых вычислений. Мощность квантового компьютера можно грубо измерить количеством высококачественных кубитов, запутанных внутри него. Квантовому компьютеру требуется минимум около 50 высококачественных кубитов для выполнения некоторых вычислений, которые слишком сложны для любого существующего суперкомпьютера — веха, которую иногда называют квантовым превосходством.
В октябре 2019 года Google заявила, что достигла квантового превосходства с 53-кубитным квантовым компьютером, известным как Sycamore. Квантовому компьютеру Sycamore потребовалось несколько минут, чтобы выполнить расчет, который, по утверждению Google, потребует от самого быстрого суперкомпьютера в мире более 10 000 лет. Однако конкретная вычислительная проблема, которую решила Sycamore, не имеет известного практического применения; компьютер был построен в первую очередь для того, чтобы продемонстрировать принципиальное доказательство того, что квантовые компьютеры могут повысить производительность при решении определенных проблем, даже если они надуманы. Хотя веха квантового превосходства служит важным доказательством концепции квантовых компьютеров, она не приведет к немедленному коммерческому применению.
Самая большая техническая проблема при масштабировании квантовых компьютеров до полезных размеров известна как квантовая коррекция ошибок. Все известные в настоящее время конструкции физических кубитов имеют довольно высокий уровень ошибок, и их накопление быстро портит вычисления. Эта проблема, в принципе, может быть решена путем реализации квантовой коррекции ошибок, которая теоретически хорошо изучена, но только начинает работать.
Основная проблема квантовой коррекции ошибок заключается в том, что она требует огромных расходов на оборудование в виде огромного количества кубитов, которые просто исправляют ошибки, а не напрямую выполняют полезные вычисления.
Приложения для машинного обучения, похоже, сталкиваются с такими же огромными требованиями к оборудованию. Требования к оборудованию для приложений моделирования материалов и биохимии меньше, хотя они, вероятно, потребуют также исправления ошибок, и поэтому до них еще несколько лет.
Поскольку наиболее понятные приложения квантовых компьютеров предъявляют такие огромные технические требования, есть много предложений по алгоритмам, которые могут работать на компьютерах, не требующих исправления ошибок. Эти шумные квантовые компьютеры промежуточного масштаба (NISQ) могут быть доступны в ближайшие несколько лет.
В связи с вышеизложенным можно сделать два основных вывода:
1. Наиболее многообещающие краткосрочные алгоритмы предназначены для работы на гибридных квантово-классических компьютерах вместо полноценных квантовых компьютеров. Существуют эти гибридные алгоритмы для комбинаторной оптимизации и моделирования материалов, но они не так эффективны.
2. Теоретически очень сложно предсказать, какой из краткосрочных алгоритмов окажется полезным. Чтобы выяснить это, научному сообществу потребуется создать и протестировать небольшие квантовые компьютеры.
Глава четвёртая
Основные игроки
Поскольку квантовая технология — относительно небольшая и новая область, было проведено мало систематических международных сравнений инвестиций, качества исследований или общего технологического лидерства.
Чтобы получить представление об этих факторах, нужно измерить один простой показатель — это общие государственные и частные инвестиции страны в НИОКР. Однако это не совсем соответствует технологическому лидерству, особенно в областях (таких как квантовые технологии), которые не требуют огромных капитальных затрат.
До начала десятых годов почти все инвестиции в квантовые НИОКР были государственными. Сегодня наблюдается значительный рост инвестиций частного сектора, который начался примерно в 2012 году и ускорился примерно в 2016 году.
В квантовых технологиях нет явного мирового лидера, потому что разные страны преуспевают в разных областях. США и Китай доминируют в общих расходах: инвестиции федерального правительства в НИОКР (за исключением инвестиций частного сектора) в Соединенных Штатах оцениваются в 200–250 млн долларов в год; в Китае — 244 млн долларов в год. В годовом отчете за 2017 год Американо-китайская комиссия по обзору экономики и безопасности (USCC) пришла к выводу, что «Китай преодолел технологический разрыв с Соединенными Штатами в области квантовой информатики — сектора, в котором США долгое время доминировали». Комиссия классифицировала квантовую информатику как область «тесной конкуренции» между США и Китаем и заявила, что ни одна из стран не имеет явных преимуществ.
Канада также является мировым лидером в области квантовых технологий, особенно Университет Ватерлоо. Вокруг Ватерлоо появилось так много квантовых стартапов, что этот район называют Квантовой долиной, а связанный с ним фонд венчурного капитала, известный как Quantum Valley Investments, занимается исключительно квантовыми технологиями. Канада примечательна тем, что относительно высокая доля ее инвестиций в квантовые НИОКР поступает из частных, а не государственных источников.
В отношении квантового зондирования по состоянию на 2014 год Великобритания и Соединенные Штаты считались международными лидерами. Технологии создания фантомных изображений и квантовых радаров были впервые разработаны в Соединенных Штатах, а исследователи из Ватерлоо продемонстрировали первый прототип настольного квантового радара в 2019 году.
Явным мировым лидером в квантовых коммуникациях является Китай. Он является единственной страной в мире, которая развернула спутник, способный к квантовой связи с землей, и китайцы построили обширную оптоволоконную сеть для QKD между Пекином и Шанхаем. В значительной степени успех Китая связан с одним ученым, Цзянь-Вей Паном, который участвовал почти во всех технологических открытиях Китая в области квантовой связи и фотоники.
В квантовых вычислениях США являются бесспорным мировым лидером. Самые большие квантовые компьютеры (с 50 или более высококачественными кубитами) были построены Google, IBM и стартапом IonQ. Среди других крупных коммерческих игроков США — Honeywell; Microsoft; и другие стартапы, такие как Rigetti, ColdQuanta и PsiQuantum. Еще одна известная группа, занимающаяся квантовыми вычислениями — канадская компания D-Wave systems из Ватерлоо. Google, Lockheed Martin и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) приобрели машины D-Wave с более чем 2000 кубитами. Однако многие академические исследователи в области квантовых вычислений скептически относятся к производительности компьютера D-Wave, потому что его кубиты гораздо более низкого качества, чем кубиты в других компьютерах. Хотя китайская фирма Alibaba инвестирует в квантовые вычисления, она не анонсировала компьютеры с количеством кубитов (или любыми другими показателями качества), близким к компьютерам американских компаний. В отличие от США, почти все китайские инвестиции в квантовые вычисления, похоже, исходят от правительства, а не от частных компаний.
Глава пятая
Последствия для национальной безопасности
Каждое направление квантовой технологии потенциально имеет серьезные последствия для национальной безопасности (а также для частного сектора), хотя временные рамки для этих последствий различаются.
Большинство приложений квантового зондирования, связанных с национальной безопасностью – ISR (системы наблюдения и разведки) и PNT. Квантовый радар, в принципе, может быть особенно эффективным против самолетов-невидимок. Однако до реализации этой возможности, вероятно, еще много лет, и, возможно, она никогда не будет реализована. Совет по оборонной науке пришел к выводу: «Квантовый радар не предоставит усовершенствованных возможностей МО».
В ближайшем будущем технология визуализации фантомных изображений может улучшить ISR воздушного базирования за счет преодоления облачности и дыма. Чувствительные атомные часы могут улучшить позиционирование на основе GPS, а магнитометры и гравитометры могут позволить осуществлять навигацию в условиях, где отсутствует GPS, через поля Земли. Акселерометры могут улучшить инерциальные навигационные системы, в том числе и в управляемых ракетах. Военно-воздушные силы пришли к выводу, что при устойчивом развитии эти технологии могут стать зрелыми в ближайшие несколько лет.
В ближайшем будущем технология квантовой связи может использовать QKD для защиты конфиденциальных зашифрованных сообщений (военных, правительственных или коммерческих) от враждебного перехвата. На этом приложении сосредоточено внимание китайского правительства. С другой стороны, американские исследователи не уделяют внимания QKD. Более того, ВВС пришли к выводу, что QKD вряд ли обеспечит значительное преимущество перед существующими возможностями, а Совет по оборонным наукам обнаружил, что «QKD был реализован с недостаточными для использования в миссии Министерства обороны США возможностями и безопасностью».
Коммуникационный штаб правительства Соединенного Королевства также выступил против принятия правительством или военными QKD. Агентство национальной безопасности США согласно с этой оценкой и публично заявило, что «не поддерживает использование QKD. . . для защиты коммуникаций в системах национальной безопасности». Это связано с тем, что QKD привносит новую сложность (и, следовательно, потенциальные уязвимости) в коммуникационную цепочку. Квантовая информация останется уязвимой для использования других слабых звеньев (например, программные уязвимости на конечных точках). Тот факт, что Китай, Европа и Япония быстро продвигаются к развертыванию QKD, в то время как оборонные сообщества США и Соединенного Королевства публично противодействуют его развертыванию, указывает на две разные точки зрения этих групп стран относительно полезности QKD.
Теоретически квантовые вычисления могут в итоге оказать самое серьезное влияние на национальную безопасность. Крупномасштабный квантовый компьютер, способный развернуть алгоритм Шора на текущем коммерческом шифровании (таком как 2048-битный RSA), окажет разрушительное влияние практически на всю безопасность в Интернете. Без надежного шифрования приватное общение онлайн станет невозможным, что сделало бы невозможными онлайн-торговлю и другие финансовые транзакции (без средств безопасной передачи платежной информации), а также сделало бы электронную почту бесполезной для конфиденциальной связи.
Но квантовые компьютеры, способные выполнять алгоритм Шора, почти наверняка появятся более чем через десять. Более того, правительство США уже разрабатывает ответ на угрозу, исходящую от квантовых компьютеров. В частности, Национальный институт стандартов и технологий разрабатывает новые алгоритмы шифрования, которые считаются безопасными от атак со стороны будущих квантовых компьютеров.
Хотя переход на новые алгоритмы будет разрушительным, маловероятно, что разработка крупномасштабных квантовых компьютеров навсегда разрушит возможность криптографии с открытым ключом.
В ближайшем будущем компьютеры NISQ меньшего размера не окажут очевидного прямого воздействия на национальную безопасность. Задачи, актуальные для военных и разведывательного сообщества (например, оптимизация целей и машинное обучение), вероятно, слишком сложны для компьютеров NISQ. Любое воздействие на национальную безопасность, скорее всего, будет только косвенным и приведет к общим экономическим выгодам от улучшенных (общедоступных) научных и биомедицинских знаний.
Глава шестая
Заключение
Краткосрочные последствия квантовых компьютеров иногда преувеличиваются. Существующие квантовые компьютеры необходимо будет увеличить в 1 миллион раз, прежде чем они станут актуальными для криптографии. Краткосрочные квантовые компьютеры пока не имеют гарантированных приложений, но моделирование для научных исследований выглядит многообещающим и может иметь серьезные экономические последствия. Квантовые датчики гораздо ближе к коммерческому развертыванию и могут обеспечить значительные улучшения в получении изображений на большом расстоянии, синхронизации и обнаружении электрических, магнитных и гравитационных полей как в коммерческих, так и в военных целях. QKD, в принципе, может улучшить защиту коммуникаций от подслушивания, но многие эксперты из США и Великобритании скептически относятся к тому, что это окажется полезным на практике. В дальнейшем более сложные формы технологии квантовой связи могут быть использованы для объединения в сеть квантовых компьютеров и датчиков, но эти сети все еще находятся на очень ранней стадии развития.
Соединенные Штаты, за которыми следуют Канада, Великобритания и ЕС, являются мировыми лидерами в области квантового зондирования и вычислений. Китай решил сосредоточить свои исследовательские усилия на квантовой связи и считается мировым лидером в этой области, потому что это единственная страна, которая запустила спутник QKD и проложила крупнейшую в мире сеть волоконно-оптических кабелей для QKD. Однако ни Соединенные Штаты, ни Китай не имеют явного лидерства в квантовых технологиях в целом. Комиссия США и Китая по обзору экономики и безопасности охарактеризовал квантовую информатику как область «тесной конкуренции» между двумя странами.
Елена Ларина и Владимир Овчинский
23.01.2021 Квантовые компьютеры: когда наступит будущее?
Вопрос науки с Алексеем Семихатовым.
|
|
Квантовые технологии - как кот Шредингера. То ли они есть, а то ли нет. Ученые говорят о них как о вполне реальной вещи, но на деле выходит, что до их применения на практике еще очень долго. Так наступит ли когда-нибудь век квантовых технологий? Разберемся вместе с Алексеем Семихатовым.
Гость — Алексей Рубцов — доктор физико-математических наук, профессор Кафедры квантовой электроники Физического факультета МГУ, профессор РАН, руководитель научной группы Российского квантового центра, главный научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н. Л. Духова.
Все фильмы канала в приложении "Моя планета": App Store - http://bit.do/planet_ios,
Google Play - http://bit.do/planet_android
Подпишись на канал Наука: https://www.youtube.com/c/naukatv?sub...
Смотри все выпуски: https://www.youtube.com/playlist?list...
28.12.2020 Квантовое превосходство.
И квантовая мобилизация
Как сообщил в конце этого «ревущего» года The Economist (19.12.2020), на состоявшейся 10 декабря конференции Уильям Зенг, глава отдела квантовых исследований банка «Голдман Сакс», сообщил присутствовавшим, что квантовые компьютерные вычисления уже в скором времени могут иметь «революционное» воздействие на банки, а также на финансы, да и на всю нашу жизнь в широком смысле.
Ориентированные на квантовые компьютеры специалисты по биржевому количественному анализу надеются, что эти машины позволят увеличить прибыль за счет ускорения оценки активов, поиска более выгодных портфелей, а также сделают более точным алгоритмы обучения самих машин. Проведенное в июле нынешнего года испанским банком bbva исследование свидетельствует, что квантовые компьютеры могут ускорить процесс оценки кредитоспособности, определить возможности для скупки акций с целью последующей перепродажи, а также ускорят так называемое имитационное моделирование с помощью метода Монте-Карло, который широко используется в финансовой области для моделирования возможного поведения рынков.
Финансы — не единственная отрасль, рассчитывающая получить выгоду даже от небольших и нестабильных квантовых компьютеров, которые доступны в настоящее время, очень многие сектора промышленности — от аэрокосмической до фармацевтической ( не говоря уже о военной области) — также рассчитывают воспользоваться «квантовым преимуществом». Однако есть все основания полагать, что именно финансы смогут первыми найти такой способ.
Такие банки как BBVA, «Ситигруп», «Джей-Пи Морган» и «Стандард чартед» создали исследовательские команды из специалистов по квантовым вычислениям, а также подписали соглашения с компьютерными фирмами. Эксперты консалтинговой фирмы «Бостон консалтинг груп» считают, что банки и страховщики в Америке и в Европе, по данным на июнь текущего года, наняли на работу более 115 экспертов — это большое количество, даже в академической сфере, для такой узкой специализации.
В некоторых банках сейчас больше докторов физических и математических наук, чем в университетах.
Когда же может произойти финансовая революция? По мнению одних экспертов, простые алгоритмы могут начать использоваться в течение ближайших 18 месяцев. По мнению большинства специалистов, срок в три — пять лет является более реалистичным.
На пальцах о квантовых компьютерах
Квантовым компьютерам повезло в Рунете ещё меньше, чем искусственному интеллекту. Усилиями псевдоэкспертов, различного рода неспециалистов, особенно с гуманитарным образованием, подавшихся в блогеры и выдающих себя за гуру информатики, тема квантовых компьютеров оказалась ещё более мистифицированной и запутанной, чем проблема искусственного интеллекта.
Поэтому, прежде всего, надо чётко и по возможности коротко разобраться, чем квантовый компьютер отличается от обыкновенного, и что такое пресловутое «квантовое превосходство». В конечном счёте привычный нам компьютер или смартфон – не что иное, как внук арифмометра. В отличие от своего дедушки, где вычисления происходили за счет механического взаимодействия частей арифмометра, в компьютере оно осуществляется в рамках передачи электросигналов через определенные регистры. Регистр – это элементарная единица чипа процессора. Сегодня в смартфоне предусматривается несколько миллиардов регистров, обеспечивающих процесс вычислений. Регистр – и это ключевое для понимания отличия квантового компьютера от обычного – принимает два значения: 0 или 1. Соответственно всё, что делают современные компьютеры, включая искусственный интеллект – это кодировка поступающей информации, превращаемой в нули и единицы и их вычисление. Привычные нам вычислительные устройства – это плод достижений физики последней четверти XIX века. Они базируются на принципах классической физики.
Квантовый компьютер работает иначе, нежели привычный нам компьютер. В его основе лежат достижения самой быстроразвивающейся отрасли естествознания в ХХ – начале XXI века, а именно квантовой физики. В последние примерно 30-40 лет удалось не только открыть, но и научиться устойчиво воспроизводить условия совершенно невероятного и до сих пор непонятного процесса, который называется суперпозиция.
В мире привычной нам физики и соответственно в компьютерах и смартфонах процессоры могут работать с двумя альтернативными возможностями, которые соответственно шифруются как 0 и 1. Минимальная единица информации в обычном компьютере – это бит, т.е. способность принимать одно из значений: 0 или 1. Квантовый компьютер, в отличие от традиционного, способен работать в состоянии суперпозиции. Применительно к вычислениям это означает, что его элементарные вычислительные ячейки могут оперировать не только 0 и 1, но и во всех возможных промежуточных состояниях между ними. Казалось бы, какая разница между тем, в одном состоянии или в двух и более пребывает вычислительная система. А разница – огромная. Если квантовый компьютер имеет, например, 10 регистров, то он может пребывать одновременно в тысяче состояний. А в 20 регистрах – более 1 млн состояний и т.д.
Квантовый компьютер или вычислительная физическая система, использующая законы квантовой механики, имеет примерно то же сходство с традиционными компьютерами, как лошадь с самолетом. И тот, и другой способны доставить путника из пункта А в пункт Б, и в этом они схожи. Однако в темпах и иных возможностях доставки самолет на порядки превосходит лощадь.
Собственно знаменитый термин «квантовое превосходство» фиксирует достаточно простую и очевидную вещь. Квантовый компьютер на порядки превосходит по вычислительной возможности обычные двоичные вычислительные системы, включая даже суперкомпьютеры. Причем разница в возможностях исчисляется не разами, а тысячами и миллионами раз.
Поскольку тема квантовых компьютеров достаточно запутана и мистифицирована не только среди населения, но и так называемых элит, она порождает различного рода домыслы и целенаправленную дезинформацию. Например, время от времени то или иное государство сообщает, что им удалось создать полноценный вычислительный квантовый компьютер, и он устойчиво работает.
Недавно Китай заявил о том, что в стране создан квантовый компьютер, по производительности превосходящий в миллионы раз американские квантовые компьютеры, не говоря уже об обычных суперкомпьютерах. Однако беда в том, что никто из зарубежных специалистов не видел этого компьютера, и уж тем более не имел возможности работать на нем. Грешат этим не только китайцы, но и целый ряд американских компаний.
Пока в мире имеется единственный полноценный квантовый компьютер 53-кубитный квантовый компьютер Google Sycamore, который смог решить задачу, недоступную даже для самых мощных «обычных» суперкомпьютеров. Если быть точным, у современного суперкомпьютера IBM Summit решение этой задачи заняло бы 20 000 лет, тогда как Sycamore выполнил все необходимые вычисления всего за 200 секунд. Принципиальное отличие системы Google от иных заявленных достижений в том, что математики, физики и прочие могут подать заявку и после рассмотрения они будут допущены к работе на компьютере. Соответственно на нём уже отработало достаточно большое число людей с высокой репутацией в мире программирования и математики. Тем самым он прошел общественную верификацию.
Ещё одна принципиальная сложность в использовании квантового компьютера состоит в том, что он в некотором смысле воспроизводит механику расчётов, которая существовала в те уже, казалось бы, далекие времена, когда вместо чипов использовались лампы, а математика, лежащая в основе вычислений, носила непрерывный. а не дискретный характер. Практически это означает, что все программы, написанные для современных компьютеров, включая даже суперкомпьютеры, совершенно не подходят для квантового компьютера. В этой области пока только делаются первые шаги программирования. Соответственно, все ныне работающие квантовые компьютеры, а они созданы в США, Китае, Южной Корее, Японии и в ЕС, - это специализированные машины, рассчитанные строго на определенный тип вычислений.
Иными словами, квантовый компьютер сегодня не может подобно смартфону сначала показать нам фильм, потом напомнить, что надо сходить в магазин, а в итоге провести расчёты оптимального выбора вложений в акции на рынках капитала. Пока все квантовые компьютеры – это специализированные, а не универсальные машины.
Пока полноценный квантовый компьютер – это дело будущего. Пока, и об этом надо говорить четко и ясно, существуют лишь экспериментальные действующие макеты полноценных квантовых компьютеров. Макеты в том смысле, что они работать уже могут, но ориентированы на строго определенные операции.
Однако анализ динамики развития квантовых вычислений позволяет с уверенностью утверждать, что мы имеем дело с так называемой экспоненциальной технологией. В 2019-2020 гг. произошел перелом. Если ещё пару-тройку лет назад наиболее продвинутые, имеющие за плечами выдающиеся достижения, специалисты в области IT полагали, что практическое применение квантовых компьютеров – дело конца двадцатых – начала тридцатых годов, то сегодня с уверенностью они утверждают о приходе эры квантовых компьютеров буквально в течение ближайших четырех-пяти лет.
Решающее значение имеет то обстоятельство, что никто не хочет опоздать на этот праздник. Всех беспокоит то, что кто-то, оказавшийся первым в этой гонке, сможет выбрать такой вариант: незаметно начать получать всю выгоду и не объявлять об этом всему миру.
Выгоды и угрозы квантовых компьютеров
Как любая технология новой промышленной революции, квантовый компьютер несёт для общества серьёзные выгоды и катастрофические угрозы. Он может преобразить банковское дело, может создать мощную систему киберзащиты, может на порядок усовершенствовать систему защиты от любого военного нападения, а может стать страшным оружием в руках террористов или мафиозных структур.
Наиболее серьезные угрозы глобальной и национальной безопасности, экономике и повседневной жизни несет в себе использование квантовых компьютеров для взлома кодов. Специалисты по криптографии Агентства Национальной Безопасности США ещё в 2015 г. опубликовали на сайте АНБ отчёт, где выразили серьёзную обеспокоенность перспективой появления работающих квантовых компьютеров, поскольку это может привести к чрезвычайно быстрой расшифровке многих использующихся сегодня криптографических алгоритмов. Представители АНБ отмечали, что вопрос разработки криптостойких алгоритмов, способных эффективно шифровать данные в эру квантовых компьютеров, актуален как никогда. По мнению специалистов агентства, вполне реально появление работающего квантового компьютера, существование которого поставит под угрозу сохранность государственных и коммерческих данных во всех сферах. Хотя время от времени в ведущих мировых медиа появляются статьи об угрозах квантовых компьютеров для международных расчётных систем, процессинговых компаний, типа MasterCard, Visa и т.п., а также криптовалют и в первую очередь биткойна, реальная ситуация благоприятнее, чем описываемые сценарии.
Дело в том, что к настоящему времени разработаны и через два-три года будут готовы к практическому использованию так называемые постквантовые методы криптографии. Они базируются на сложнейшей математике, а их применение не позволяет квантовым компьютерам вскрывать корпоративные и федеральные сети как консервный нож банку. Более того, во второй половине 2020 г. уже были проведены испытания прототипов квантовоустойчивой системы шифрования, выстоявшей перед атакой квантового компьютера Goоgle.
Главный недостаток систем постквантового шифрования – это чрезвычайно высокая цена не только их разработки, но и огромные издержки, связанные с практической эксплуатацией для защиты данных, как хранящихся в базах данных, так и передаваемых от телекоммуникационных систем.
Время от времени появляются публикации, предсказывающие конец биткойна и криптовалют при внедрении квантового компьютера. Такого рода статьи пишут обычно либо экономисты, либо журналисты. Не говоря уже о том, что биткойн является одной из самых неудобных мишеней для квантового компьютера даже в нынешнем виде, важно знать, что к следующему году будет подготовлена специальная система шифрования, обеспечивающая его устойчивость к атакам квантовых компьютеров.
Главная и самая большая угроза квантовых компьютеров мировой экономике и повседневной жизни состоит в следующем. Даже на начальной стадии квантовые компьютеры могут практически мгновенно сломать любой антивирусник и получить доступ, согласно мнению АНБ, примерно к 97% индивидуальных компьютеров, смартфонов и ноутбуков и не менее 65% - корпоративных. Поскольку постквантовое шифрование не только на стадии разработки, но и на стадии эксплуатации требует больших денег, оно без сомнения будет развернуто в ближайшие два-четыре года для федеральных органов власти, систем национальной безопасности и правопорядка, в ведущих научных центрах и крупнейших компаниях. Причем далеко не во всех странах. Среди них будут безусловно США, Китай, Япония, Южная Корея и Россия.
Что же касается всех персональных устройств, IT-инфраструктур малого и среднего бизнеса, они окажутся беззащитными против квантового компьютера в случае, если он попадет в руки преступников, а тем более террористов или хакерских сетей, работающих на разведку того или иного государства. Это – мало осознаваемая, но абсолютно реальная угроза, грозящая подорвать безопасность, коммерцию, а главное, угрожающая повседневной жизни граждан.
Квантовая мобилизация
Прогнозы The Economist в последние годы, несмотря на порой их причудливость, имеют удивительное свойство сбываться. Отставание в гонке за квантовыми компьютерами и квантовыми вычислениями может стать таким же опасным как отставание в гонке по разработке новейших видов вооружения или в гонке по созданию «сильного» искусственного интеллекта.
Напомним также, что АНБ забило тревогу пять лет назад и прогнозировало появление возможно опасных квантовых компьютеров и квантовых вычислений к 2030 году. Но всё случилось на 10 лет раньше.
Россия располагает мощнейшим человеческим капиталом в области программирования, искусственного интеллекта и квантового компьютинга.
Ещё в 2019 году в России для развития квантовых технологий утверждена «дорожная карта», которая входит в состав национальной программы «Цифровая экономика». Карта рассчитана на срок до 2024 года и включает три направления: вычисления, коммуникации и сенсоры.
Квантовыми вычислениями и разработкой отечественного квантового компьютера занялись в «Росатоме», квантовыми коммуникациями — в РЖД, сенсорами - в «Ростехе».
Ведущие российские компании сотрудничают с «Росатомом» в разработке квантового компьютера - Сбербанк и «Сбербанк-Технологии», Газпромбанк, «Газпромнефть», СИБУР и другие.
Разработкой квантового компьютера в «Росатоме» занимаются учёные ВНИИА им. Н. Л. Духова, МГУ им. М. В. Ломоносова, МФТИ, НИТУ МИСиС, НОЦ ФМН МГТУ им. Н.Э. Баумана, ФИАН, ряда академических институтов, а также РКЦ.
25 ноября этого года объявлено о создании консорциума «Национальная квантовая лаборатория» (НКЛ). В него вошли структура госкорпорации «Росатом» («СП Квант»), Российский квантовый центр, фонд «Сколково», НИУ «Высшая школа экономики», НИТУ «МИСиС», МФТИ и Физический институт им. П.Н. Лебедева.
Одновременно с созданием квантового компьютера и развитием квантовых вычислений, не дожидаясь дня Ч (так у военных обозначается день наступления войск, или день нападения), в России в мобилизационном режиме необходимо развернуть работу по минимизации потенциальных рисков и угроз применения квантовых компьютеров, связанную со взломом антивирусных систем.
Елена Ларина Владимир Овчинский
https://zavtra.ru/blogs/kvantovoe_prevoshodstvo
03.12.2020 Что такое КВАНТОВЫЙ компьютер?
|
|
РАЗБОР
BM Quantum Experience: https://quantum-computing.ibm.com/
СОДЕРЖАНИЕ
0:00 Вступление
1:52 Зачем нужны квантовые компьютеры?
4:09 Кубиты 6:01 Квантовые вычисления
7:24 Где мы сегодня?
8:43 Области применения
Наш ПОДКАСТ Droidercast: Apple Podcasts: https://bit.ly/droidercast
Podster: https://droidercast.podster.fm
Мы в телеграм) https://telegram.me/droidergram
Мы в Instaram: https://www.instagram.com/droiderband/
Еще видео и обзоры на: http://Droider.ru
Droider.Ru
20.11.2020 "Квантовый компьютер - атомная бомба XXI века".
|
|
Онлайн-лекция Алексея Кавокина
На связи из Англии руководитель лаборатории оптики СПбГУ Алексей Кавокин — первый за всю историю российский ученый, удостоенный премии Quantum Devices Award. Алексей расскажет про Атомную бомбу ХХI века — квантовый компьютер. Он совершил открытие, которое позволит запустить массовое производство таких компьютеров. Это открытие упростит процессы создания вакцин от многих болезней — от рака до коронавируса, ведь разработка вакцины — не что иное, как перебор вариантов построения молекул...
02.02.2019 Квантовые вычисления и защита
IISS: The Military Balance 2019. Часть 3.
Потенциальные военные применения; национальные программы; квантовое превосходство
Интеграция квантовых технологий в настоящее время представляет собой одно из самых ожидаемых достижений для Вооруженных сил, однако их точное воздействие по-прежнему трудно предсказать. Хотя до экономичного применения и широкого использования еще много лет, нет сомнений в том, что они будут иметь разрушительный эффект, когда они будут использоваться в масштабе. В мае 2018 года глава quantum computing в технологической фирме Intel предположил, что "если через 10 лет у нас будет квантовый компьютер с несколькими тысячами кубитов, это, безусловно, изменит мир так же, как и первый микропроцессор". (Кубит, или квантовый бит, является основной единицей информации в квантовом компьютере, аналогичной биту в стандартном компьютере .) Однако, хотя квантовая технология, как ожидается, в конечном итоге окажет далеко идущее воздействие на вооруженные силы, разведывательные службы и правоохранительные органы, неясно, насколько она изменит традиционный баланс сил между государствами или между государствами и негосударственными субъектами .
Потенциальные военные применения
Область квантовой информатики дает начало многократным новым связанным с защитой приложениям, которые часто группируются под единственным прозвищем 'Квант', но которые заслуживают независимого рассмотрения. Квантовое распределение ключей (QKD), квантовый криптоанализ и квантовое зондирование обещают существенно повлиять на стратегическую безопасность по-разному. Например, QKD обеспечивает краткосрочное преимущество для защитников для обеспечения их связи, в то время как квантовый криптоанализ является по своей сути наступательной способностью, хотя и созревает более медленными темпами. Обобщенные квантовые вычисления предлагают много других возможностей, но на данном этапе они слишком неопределенны, чтобы позволить согласованный анализ их эффектов второго порядка.
Наиболее распространенной формой квантового шифрования является передача криптографических ключей (т. е. QKD) с использованием квантовых "суперпозиций" фотонов во время инициации сеансов безопасной связи. В соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга точные состояния фотонов неопределенны до тех пор, пока они не будут изолированы и измерены – только тогда они проявляют определенное состояние поляризации. Поскольку сам процесс перехвата (или "подслушивания") кубита необратимо изменяет его, QKD предлагает ценный способ узнать, были ли перехвачены и изучены сообщения (например, через атаку "человек в середине"). Это аналогично использованию защищенных от несанкционированного доступа конвертов для отправки писем через стандартную почтовую сеть. Технология QKD применима к существующим системам для зашифрованной связи, но до последних нескольких лет она сталкивалась с проблемами реализации на больших расстояниях, тем самым делая ее непрактичной вне ограниченных сред.
Квантовый криптоанализ относится к конкретному применению квантовых вычислений для расшифровки кодированных сообщений. Современные стандарты шифрования в основном основываются на математических алгоритмах кодирования данных, которые практически невозможно взломать в любой разумный период времени. Например, американскому военному стандарту 256-битного шифрования теоретически потребовались бы миллиарды лет, чтобы современные компьютеры взломали код с помощью методов грубой силы (т. е. "проб и ошибок" всех возможных решений). Квантовые компьютеры, однако, в конечном итоге смогут заменить последовательные методы проб и ошибок для обработки таких сложных математических задач альтернативными средствами для одновременного рассмотрения многих возможностей. Перспектива квантового криптоанализа настолько заманчива, что некоторые страны уже начинают собирать зашифрованные иностранные сообщения, ожидая, что они смогут извлечь ценные секреты из этих данных в будущем. Когда квантовый криптоанализ станет доступен, он существенно повлияет на международные отношения, сделав широковещательные (или перехваченные) сообщения открытыми для дешифрования. Для стран, которые широко полагаются на шифрование для обеспечения безопасности военных операций, дипломатической переписки или других конфиденциальных данных, это может стать переломным событием.
В сентябре 2018 года Соединенные Штаты опубликовали свой национальный стратегический обзор квантовой информатики, в котором квантовое зондирование определено как "использование квантовой механики для повышения фундаментальной точности измерений и/или создания новых режимов или модальностей для датчиков и измерений". Такие новые возможности дадут явные военные преимущества. Комитет экспертов Соединенного Королевства по оборонной науке подчеркнул потенциальную важность усовершенствованных гравитационных датчиков (квантовых гравиметров), которые могли бы обнаруживать движущиеся массы под водой, такие как подводные лодки. Сверхпроводящие магнитометры, которые используют квантовую технологию для измерения незначительных изменений магнитных полей, также могут использоваться для обнаружения вражеских подводных лодок, в то время как квантовый радар может использоваться для обнаружения даже малозаметных самолетов. Как заявила Лаборатория оборонной науки и техники Великобритании ‘ " ожидается, что будут задействованы новые военные подрывные технологии (например, новые средства связи или радары)". Квантовые технологии уже являются частью разработок, связанных с миниатюризацией атомных часов, которые полезны для определения местоположения, навигации и синхронизации.
Квантовые вычисления, вероятно, обеспечат другие разрушительные приложения, хотя еще слишком рано на этапе исследований и разработок предвидеть, какие изобретения ждут впереди или как дружественные силы или противники могут использовать их. Квантовые вычисления не смогут полностью вытеснить классические вычислительные методы, основанные на транзисторах и кремниевых микрочипах. Вместо этого квантовые вычисления лучше всего рассматривать как альтернативную, взаимодополняющую и даже синергетическую технологию, которая сможет решить некоторые проблемы, которые современные компьютеры не могут, но которые, скорее всего, также будут сравнительно неэффективными или лишь незначительно лучше для решения других проблем, в которых современные компьютеры превосходят.
Национальная программа
Несколько стран вкладывают значительные средства в квантовые исследования для получения экономических и военных преимуществ. Двойной характер квантовых вычислений означает, что частные компании и университеты также будут играть ключевую роль в изобретении и адаптации этих новых технологий. В своем представлении в марте 2018 года в Комитет по науке и технике Палаты общин Великобритании Институт физики заявил, что "Великобритания должна преобразовать свою мощную исследовательскую базу в коммерческие продукты, углубляя связи между академическими кругами и промышленностью и используя соответствующие промышленные сильные стороны". Степень, в которой национальное государство может мобилизовать ресурсы для приоритетного развития военного применения, может оказаться решающим преимуществом в этой новой технологической гонке.
Китай был ранним лидером в области квантовых исследований и разработок. В 2016 году Пекин предпринял усилия для достижения крупных прорывов в квантовых технологиях к 2030 году, и в том же году он запустил первый в мире квантовый спутник, который телепортировал фотон на Землю в 2017 году. Миций Спутник в настоящее время успешно завершил QKD с орбиты на наземные станции в Синлуне, Китай и Грац, Австрия. В 2017, Китай также установил первое международное, земное соединение Квант-связи между Пекином и Шанхаем. Эти научные достижения представляют собой знаковые инициативы, которые могут защитить правительственные коммуникации Китая от иностранных наблюдений – по крайней мере, до тех пор, пока постквантовый криптоанализ не станет функциональной реальностью. Планируемая Национальная лаборатория квантовых информационных наук в провинции Хэфэй, провинция Аньхой, стоимостью 10 миллиардов долларов США, возглавит национальную программу квантовых вычислений и зондирования.
США-еще один возможный лидер в гонке по реализации квантовых приложений для обороны. С 2016 года правительство спонсировало более 200 миллионов долларов США в области квантовых исследований, а в 2018 году Министерство энергетики и Национальный научный фонд выделили еще 250 миллионов долларов США на поддержку квантового зондирования, вычислений и связи через двух - пятилетние гранты. Среди вооруженных сил исследовательское бюро армии США финансирует обширные исследования в области квантовых вычислений, в то время как ВВС США рассматривают его как преобразующую технологию для информационной и космической войны. Но еще более актуальными могут быть компании частного сектора, такие как Google, IBM, Intel и Microsoft, которые проводят квантовые исследования уже почти десять лет. На Западе они-вместе с канадской компанией D – Wave Systems-возглавляют разработку квантовых компьютеров, которые могут управлять военными платформами с квантовой поддержкой будущего.
В совокупности европейские страны также вкладывают значительные средства и добиваются значительных успехов. Флагманская программа Европейской Комиссии по квантовым технологиям будет представлять собой крупномасштабную исследовательскую инициативу в размере порядка €1 млрд ($1,1 млрд) в течение десятилетнего периода. Она направлена на четыре основные области квантовых технологий: Связь, вычисление, моделирование и зондирование. В 2013 году правительство Великобритании объявило о пятилетних инвестициях в размере 270 млн иен (422 млн долларов США) в собственную национальную программу квантовых технологий, которая призвана "создать согласованное правительство, промышленность и академическое сообщество квантовых технологий", а квантовые технологии были в конце 2018 года предметом парламентского расследования в Великобритании. Президент Франции Эммануэль Макрон подписал меморандум о взаимопонимании с тогдашним премьер-министром Австралии Малкольмом Тернбуллом в мае 2018 года о совместном предприятии между двумя странами по разработке и коммерциализации квантовой Кремниевой интегральной схемы. Это совместное предприятие объединит усилия австралийской компании Silicon Quantum Computing и французского исследовательского института Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives. Наконец, в сентябре 2018 года Германия объявила о новом финансировании исследований в области квантовых технологий на сумму € 650m (US $ 771m) на период 2018-22.
Россия также инвестирует в квантовые вычисления в Российском квантовом центре, но она не выделяет такой же объем ресурсов, как другие страны, и остается позади Китая и США. Это может частично коррелировать с общим снижением научно-исследовательского потенциала России с 1990-х годов. Однако, как сообщается, президент Владимир Путин увеличил национальные расходы на исследования и разработки (НИОКР) до 1% от валового внутреннего продукта России, при этом на фундаментальные научные исследования и разработки в 2018 году выделено 187 млрд рублей (3 млрд долларов США). Тем не менее, недавние прорывы в квантовой информатике не были вызваны российскими исследователями, как видно из громких озабоченностей США по поводу растущего "квантового разрыва" с Китаем, без аналогичного внимания к угрозам со стороны России в этой области.
Квантовое превосходство
Термин "квантовое превосходство" относится к способности квантового компьютера выполнять задачи, выходящие за пределы возможностей самых мощных современных суперкомпьютеров. Google анонсировала 72-кубитный процессор в 2018 году, превысив рекорд IBM в предыдущем году в 50 кубитов, и заявила, что ее новый чип может достичь квантового превосходства в течение года. Но важно не только количество кубитов; скорее, комбинация факторов, включая "глубину" квантовой цепи или количество логических операций, которые она может выполнить до распространения ошибок, влияет на истинную вычислительную мощность, которую исследователи IBM назвали "квантовым объемом". Intel разделяет мнение о том, что квантовые технологии невероятно сложны и потребуют значительного времени для совершенствования коммерческих приложений.
Также стоит подумать о том, что квантовые технологии могут означать для геополитики. Есть основания для беспокойства, что появление квантовых технологий только усугубит цифровой разрыв между странами и увеличит неравенство в области безопасности. Например, квантовый криптоанализ теоретически может быть отличным эквалайзером, но на самом деле он может стать доступным только для богатых, развитых стран, которые могут позволить себе управлять необходимыми активами. Если горстка избранных стран может как обеспечить прозрачность коммуникаций своих противников, так и защитить свои собственные с помощью алгоритмов QKD или постквантового шифрования, то гегемонистские отношения могут сохраниться. То же самое можно сказать и о массивной обработке данных для предоставления технически продвинутым государствам разведывательных и оперативных преимуществ в режиме реального времени. Эта потенциальная новая дилемма безопасности была поднята во время 4-го Европейского форума по кибербезопасности в Кракове, Польша, в октябре 2018.
И наоборот, развитие и широкое распространение квантовых технологий со временем может привести к уменьшению сравнительных преимуществ некоторых держав. Если каждое правительство сможет обеспечить свою связь, обрабатывать разведывательные данные с беспрецедентными до сих пор масштабами и скоростью и обнаруживать иностранные военные объекты в воздухе или под водой, то можно будет наблюдать эффект выравнивания. На данном этапе можно быть уверенным только в том, что техническое квантовое превосходство является неизбежным и близким, и что разрушительные последствия квантовых технологий, вероятно, приведут страны к изменению своих оборонных позиций.