Аппаратное обеспечение для квантовых вычислений стремительно развивается, и новые возможности, основанные на квантовых технологиях, могут оказать влияние на оборонные лаборатории, промышленность и даже на поле боя. Эти темы будут более подробно рассмотрены в рамках готовящегося отчета Института новых технологий Национальной ассоциации оборонной промышленности США (отчёт NDIA), посвященного цепочкам поставок в области квантовых вычислений.
«Квантовый объем» — часто цитируемый экспертами отрасли показатель, выражающий вычислительную мощность и частоту ошибок этих машин. По этому показателю квантовые компьютеры ведущих компаний, таких как Quantinuum, достигли объема всего в 64 квантовых единицы в 2020 году, а к 2024 году — 1 048 576.
По мере дальнейшего развития этих машин, как можно будет их использовать? Некоторые возможные области применения хорошо известны общественности. Например, квантовые вычисления в коммерческом секторе обещают продвинуть разработку лекарств за счет моделирования сложных молекулярных взаимодействий.
Хотя потенциальные возможности применения квантовых вычислений в сфере национальной безопасности все еще остаются неопределенными, сейчас они начинают выходить на первый план.
Например, квантовые вычисления открывают перспективы для ускорения моделирования и симуляции за пределы возможностей классических вычислений. По сравнению с классическим, неквантовым вычислительным «битом», который может существовать только в состоянии «0» или «1», квантовый бит может существовать в гораздо большем количестве состояний — явление, известное как суперпозиция.
Эта возможность поможет квантовым компьютерам исследовать значительно большее пространство решений для многомерных задач, таких как взаимодействие между сложными квантовыми системами, например, атомами или молекулами.
Военные потенциально могли бы использовать эту возможность для разработки передовых материалов с учетом определенных свойств, таких как повышенная прочность, скрытность или долговечность. В этом качестве квантовые компьютеры стали бы инструментом для коммерческих и государственных лабораторий, помогающим в фундаментальных и прикладных исследованиях.
Еще одной областью применения может быть военная логистика, которая часто включает в себя сложные задачи оптимизации, в том числе маршрутизацию транспортных средств, планирование миссий и распределение ресурсов в условиях противостояния и быстро меняющейся обстановки. Поскольку квантовые алгоритмы могут исследовать множество возможных решений одновременно, они хорошо подходят для задач оптимизации, которые превосходят возможности классических систем.
По мере распространения автономных систем, развернутых в больших, быстро меняющихся группах, логистические задачи будут приобретать все большее значение. Боевое пространство, где доминируют такие системы, будет характеризоваться проблемами оспариваемой логистики, распределенных операций и отслеживания угроз. Более того, такие системы могут быть развернуты по схемам, быстро меняющимся на поле боя, выходящим за рамки того, что командиры-люди могут понять и на что могут повлиять в режиме реального времени.
Квантовые вычисления могут помочь решить эти проблемы, используя квантовый параллелизм и квантовые алгоритмы, предназначенные для решения задач оптимизации. Математические алгоритмы оптимизации, такие как квантовый алгоритм приближенной оптимизации, вариационный квантовый алгоритм поиска собственных значений и метод отжига, могут более эффективно осуществлять поиск в обширных пространствах решений, потенциально определяя лучшие маршруты, расписания и планы распределения в режиме, близком к реальному времени, с меньшими энергетическими затратами.
В контексте логистических задач это теоретически может привести к конкретным оперативным преимуществам, таким как более надежная организация маршрутов снабжения в условиях угрозы, снижение затрат на топливо и техническое обслуживание, а также уменьшение числа жертв за счет минимизации подверженности военнослужащих угрозам.
Для Пентагона шифрование является наиболее очевидным будущим применением квантовых компьютеров, которые обещают взломать традиционную криптографию. Уязвимые военные системы варьируются от систем управления задачами до вспомогательных функций, а также информационных систем для основных и субподрядчиков.
Защита от атак с использованием квантовых технологий представляет собой вполне решаемую задачу с технической точки зрения. Пентагон должен перенять опыт коммерческого сектора, где банки и телекоммуникационные компании быстро внедряют новые методы шифрования на основе постквантовой криптографии (PQC) для защиты своих данных.
Однако внедрение решений для шифрования, устойчивых к квантовым атакам, как в оборонном секторе, так и за его пределами, вероятно, будет дорогостоящим и трудоемким процессом, нарушающим существующие процессы и политику во всех цепочках поставок оборонной продукции. В частности, малым предприятиям и нетрадиционным подрядчикам может быть сложно внедрить постквантовую криптографию и добиться подтверждения соответствия новым стандартам Министерством обороны США.
Разработчики политики предприняли значительные шаги в направлении внедрения постквантовой криптографии. Полный переход к новым стандартам Национального института стандартов и технологий будет сложным процессом, но постквантовая криптография станет крайне важной для поддержания безопасности военных систем и устойчивых цепочек поставок.
Важно понимать, что прежде чем квантовые компьютеры смогут обеспечить эти возможности, необходимо решить ряд проблем. Современные квантовые компьютеры пока не готовы к использованию в большинстве практических алгоритмов, поскольку эти системы крайне чувствительны к ошибкам, возникающим из-за «шума» окружающей среды.
В то же время, на практике еще не доказано превосходство многих квантовых алгоритмов над классическими алгоритмами, способными выполнять аналогичные задачи. Высокопроизводительные компьютеры, такие как суперкомпьютеры, могут превзойти квантовые системы в решении многих задач.
Квантовые компьютеры, скорее всего, останутся физически неподвижными в удаленных местах, поскольку требуют значительного количества оборудования и должны обслуживаться квалифицированными специалистами. Удаленный доступ может создавать проблемы с задержками, безопасностью, помехами и другими аспектами доступа. В результате эти машины могут оказаться неспособными справляться с динамичными ситуациями.
По мере развития квантовой экосистемы ожидается, что в ближайшем будущем она начнет предоставлять эти возможности. Оборонным лабораториям, промышленности и военнослужащим со временем придется адаптироваться к этим новым условиям.
Комментарий китайского ИИ DeepSeek
Аналитический обзор составлен на основе реальных тенденций в развитии квантовых вычислений и их потенциального военного применения. Источники (NDIA, NIST, Quantinuum) реальны, технологии описаны верно.
Что в статье хорошо описано
Рост квантового объёма (QV). Цифры примерно верны: Quantinuum (H-Series) действительно демонстрировала экспоненциальный рост QV. 2^6=64 (2020), 2^20 ~ 1 млн (2024) — это реальные достижения. Автор понимает показатель.
Области применения: моделирование материалов, оптимизация логистики, взлом криптографии — это классические и признанные направления для квантовых компьютеров. Военные действительно интересуются всем этим.
Проблемы адекватно названы: шум (необходимость коррекции ошибок), отсутствие доказанного квантового превосходства для многих задач, стационарность квантовых машин (требуют криогеники, виброизоляции) — всё верно.
Постквантовая криптография (PQC). Упоминание NIST, сложности перехода для малых подрядчиков — это реальная боль Пентагона. Стандарты уже выбираются, переход будет долгим и дорогим.
Что в статье требует осторожных оценок
«Перспективные технологические горизонты» и ссылка на готовящийся— само название статьи и эта фраза указывают на то, что это либо перевод непубличного документа, либо компиляция. Официальные отчёты NDIA обычно не ходят в таком виде по открытым каналам.
Преувеличение временных рамок. Статья создаёт впечатление, что применение квантовых компьютеров для военной логистики или материаловедения может произойти «в ближайшем будущем». На самом деле, ошибкоустойчивый квантовый компьютер, способный взломать RSA-2048 или реально превзойти классические суперкомпьютеры в практических задачах, по оценкам большинства экспертов (включая тех же NIST и McKinsey) — это горизонт 10-20 лет, а то и больше. «Квантовое превосходство» на сегодняшние достижения (например, 56 кубитов от IBM) — это узкоспециальные задачи без практической ценности.
Формулировка про автономные системы. «Схемы, быстро меняющиеся на поле боя, выходящие за рамки того, что командиры-люди могут понять» — звучит эффектно, но применение квантовых алгоритмов оптимизации в реальном времени для роев дронов — это очень далёкая перспектива. Сегодня даже на классических компьютерах такие системы имеют огромные проблемы с задержками и надёжностью.
Физическая неподвижность упомянута, но смягчена. На самом деле, квантовые компьютеры (кроме некоторых экзотических типов) — это комнаты с лазерами, вакуумными камерами и температурами в милликельвины. Они не появятся в полевых условиях в обозримом будущем. Статья это признаёт, но затем всё равно говорит о применении «на поле боя» — противоречие.
Для кого это полезно? Для людей, которые хотят понять основные направления использования квантовых технологий в военном деле, не вдаваясь в математику. Статья даёт верную картину «что теоретически можно», но преуменьшает «как трудно и нескоро».
Владимир Овчинский
