עליונות קוונטית: הגזע האיטלקי

(של אלברטו מוניצ'י)
11 / 10 / 21

בשנים האחרונות המונח מחשוב קוונטי היא משמשת יותר ויותר גם מחוץ למעבדות מחקר, ומעסיקה יותר ויותר דמויות מתמחות במרוץ לעליונות הקוונטית והופכת למעשה לאחד הנכסים האסטרטגיים בחזון העתיד הקרוב של משקיעים ומדינות גדולות.

החיפוש המתמשך אחר כוח אדם מוסמך הוא אחד החיישנים של מגמה זו, וכך גם השיעור השנתי המורכב (CAGR) שצפוי לעלות ב -56% בתקופה 2020-2030 ולהגיע לכמעט 65 מיליארד דולר בשנת 2030 [1] ,

מהו הבסיס של הטכנולוגיה החדשה הזו שהופכת את המגזר לאטרקטיבי? מה הם הגבולות הנוכחיים? מדוע כל כך הרבה מדינות מכינות תוכניות אסטרטגיות ייעודיות? מה המצב באיטליה?

פוטנציאל חישוב - האלגוריתם של גרובר

בבסיס החישוב הקוונטי נמצא ה- קיוביט (o קצת קוונטי). היא נובעת מההגדרה של פיזיקה שונה לחלוטין מאיך שהיא נתפסת בחיי היומיום: לתת דוגמא, אם באלקטרוניקה הקלאסית נוכל להגדיל את עוצמת הרדיו בהדרגה, בכמות הקוונטית נוכל רק "צעד אחר צעד" לכמה מוגדרים היטב בהתאם למערכת הפיזית באולפן.

היתרון העיקרי של ה קיוביט על הקלאסיקה קצת (0 או 1) הוא שזה יכול להיות בשני המצבים בו זמנית (עקרון סופרפוזיציה) ויכול להניח את כל המצבים הראשוניים בו זמנית, ובכך לצמצם את זמני החישוב המבוססים על מכניקת הקוונטים. בפרט, ההאלגוריתם של גרובר הוא מאפשר למצוא מצב מסוים במערכת של אלמנטים N עם מספר פעולות השוות לשורש הריבועי של N, בעוד שאלגוריתם מסורתי יעשה פעולות N / 2.

זהו ה"איום "הגדול של המחשוב הקוונטי: אם עד כה הוגדל מספר האלמנטים כדי להקשות על פיענוח הודעה, ה- מחשוב קוונטי כמעט אפס זמני פענוח על ידי כוח אכזרי פשוט.

מצד שני, המאפיין הקוונטי השני של קיוביט, L 'הסתבכות הופך את העברת המסרים לאבטחה מהותית ברמה הקוונטית: פולש שרוצה פשוט לקרוא את ההודעה מבלי לשנות אותו, מקלקל באופן בלתי הפיך את המצב הקוונטי של ההודעה והופך אותו לבלתי שמיש הן לעצמו והן עבור המקבל (אשר יודע על כך הגישה הסבירה). [2], [3]

המבצעים על קצת והמשיך קיוביט הם מכוונים להשגת חישוב, העברה או אחסון של נתונים. אם זה קל מספיק על ידי פעולה עם קצת, מורכב יותר עם i קיוביט. אך למורכבות זו מתווסף גורם נוסף: משך ה קיוביט במצבו לתקופה המתאימה לביצוע החישוב או ביחס למרחק בין משדר למקלט. יציבות זו נקראת "עקביות".

כיום הגבולות הפיזיים קשורים בעיקר לשמירה על מצב המדינה קיוביט בטווח הארוך הם דורשים פעילויות מחקר בסיסיות לחקר הפנומנולוגיה ובמקביל מחקר תעשייתי כדי למצוא פתרונות המתאימים יותר ויותר לעולם המקרוסקופי בו אנו חיים.

לכן ברור מה הסיבה למהר אל עליונות קוונטית, המוגדר במילותיו של הפיזיקאי ג'ון פרסקיל בשנת 2012: הצעתי את המונח "עליונות קוונטית" כדי לתאר את הרגע שבו מחשבים קוונטיים יעשו דברים שמחשבים קלאסיים לעולם לא יוכלו לחזור עליהם, ללא קשר לתועלת הפעולה..

עד היום היא מתפרשת על ידי מרכזי מחקר שונים כיכולת לבצע חישובים מורכבים יותר מהקודמים במונחים קוונטיים, אם כי ניתנים לפתרון במחשבים קלאסיים.

העומס האמיתי ל עליונות קוונטית זה התחיל למעשה כשהמחשב הקוונטי הצליח לבצע חישובים שבגינם המחשב הקלאסי היה לוקח זמן בלתי מתקבל על הדעת (מספר מאות שנים מופחת לכמה שניות).

מי רץ ב מרוץ עליונות קוונטית?

כמעט כל המדינות עם טכנולוגיה מתקדמת ובסיסים חזקים של פיזיקה קוונטית וגרעינית משתתפות במירוץ זה ורבות כללו את המגזר הזה בין התוכניות האסטרטגיות לטווח הקצר-בינוני עם 2030 כנקודת התייחסות.

בעיקר הפיתוח של מחשב קוונטי מבוסס על שתי טכנולוגיות ניהול של קיוביט: "מלכודת יונים" ו"ניהול פוטונים ".

להלן שלוש השנים האחרונות לתחרות:

בשנת 2019 טענה גוגל כי השיגה מטרה זו הודות למטרה שלה שקמה של מחשב קוונטי (עם 54 קוויטים) מסוגל לפתור תוך 3 דקות חישוב שמחשב על קלאסי יפתור תוך 10.000 שנים.

בשנת 2020, אוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין (USTC) הודיעה כי השיגה עליונות באמצעות המחשב הקוונטי המבוסס על פוטונים בשם ג'יו-ג'אנג (76 קוויט). בעזרת מערכת זו, USTC טען כי הצליח לפתור תוך 200 שניות חישוב שהיה מעסיק את מחשב העל הטוב ביותר בעולם במשך כמה מיליארדי שנים.

בשנת 2021 (24 בספטמבר), סין עם USTC הודיעה כי היא עדיין מובילה את המשחק הודות למעבד זוצ'ונגזשי (66 קוביט) שהוכרז כחזק פי 100 עד פי 1000 שקמה.

תמיכת מדינות בודדות או קרנות לאומיות חיונית, מאידך גיסא, בכדי שתוכל להתחרות או לפחות לא להתעכב עם הטכנולוגיה החדשה הזו. אומות רבות או יוזמות משותפות הושקו וחלקן נמצאות בשלב מתקדם מבחינת יישומים, מחקר ואוונגליזציה עם רבים הזנק e מאמצים מוקדמים.

ללא ספק, מעבר להצהרות פוליטיות או קונטקסטואליות, מדד כמה היא עושה עבור מדינה מסוימת טכנולוגיה קוונטית זוהי ההשקעה שנעשתה והכספים העומדים לרשותכם לפיתוח טכנולוגיה זו. מבוסס על ה יומי קוונטי מיום 29/04/2021 [4], המצב מסוכם בטבלה.

ערכי הכספים ויוזמות התמיכה במדינה מהווים אינדיקטור עד כמה המגזר החדש הזה אסטרטגי והמאמצים שעושים מדינות שונות לתמוך במחקר ובתעשייה.

בואו נראה את היוזמות האירופאיות המשותפות ולכן את התמיכה שאיטליה יכולה להציע.

התוכנית האירופית הראשונה המוקדשת ל- QC היא תוכנית הדגל הטכנולוגית הקוונטית [5]. היוזמה, שהחלה בשנת 2018, צופה תמיכה בעוד 10 שנים בסך של כ -1000 מיליון יורו.

עד כה מומנו 24 פרויקטים בסך כולל של 152 מיליון יורו.

עוד יוזמה מבוססת קרן Horizon2020 ובמקום קוואנטרה [6], שם צפויות כיום קריאות בסך של כ -40 מיליון אירו.

אִיטַלִיָה?

אז גם האיחוד האירופי מנסה לעשות את שלו. אבל איך איטליה משתתפת?

בטח עם מיטב החוקרים שלהם שכרו עם משכורות המתאימות לכישוריהם הספציפיים במעבדות היוקרתיות ביותר ברחבי אירופה.

אבל כמה המדינה שלנו עושה מבחינת פרויקטים והיכולת למשוך חלק מהכספים המתוארים ביוזמות האיחוד האירופי? בואו נראה את המצב היום.

בשנת 2019 השיחה קוואנטרה היא מימנה 12 פרויקטים בסך כולל של 12,5 מיליון יורו ומתוכם קיבלה איטליה 1,27 מיליון יורו על ידי השתתפות ב -8 פרויקטים בינלאומיים מתוכם שימשה כרכזת. המימון הכולל שהתקבל ממקם אותו במקום השלישי אחרי צרפת (2,2 מיליון יורו) וגרמניה (1,9 מיליון יורו).

שיחה חדשה קוואנטרה פתוח כעת לשנת 2021.

יחסית ל תוכנית הדגל הטכנולוגית הקוונטית, איטליה משתתפת באמצעות ה- CNR המתאם פעילויות לאומיות [7] ותומך גם בפרויקטים אחרים Horizon2020.

ממה שעולה, לאיטליה יש פוטנציאל להתחרות יחד עם שותפים אירופיים תקפים במרוץ ליישומי טכנולוגיה קוונטית (גם בהתחשב בעובדה שלחברות טכנולוגיות מאוד יש משרדי מו"פ וייצור מקומיים וכתוצאה מכך גם מקווים מבחינת קוואנטום עֶליוֹנוּת). זה אושר על ידי החזון האסטרטגי שהדגיש תוכנית המחקר הלאומית (תוכנית המחקר הלאומית) 2021-2027. לאיטליה, למשל, תשתית סיבים אופטיים המסוגלת לתמוך בתקשורת קוונטית. למעשה, העמוד שדרה קוונטי איטלקי (IQB) הוא ככביש סיב אופטי באורך 1.850 ק"מ (כיום ייחודי באירופה), ולכן הוא יכול לתרום באופן פעיל לפיתוח ולבצע בדיקות אפשריות לתקשורת קוונטית מאובטחת. המדינה שלנו, בכל הנוגע לחיישנים, יכולה להיות תחרותית ביותר בשוק שצומח במהירות (באותו PNR מוזכר כי "שוק החיישנים העולמי שווה יותר מ -200 מיליארד יורו, עם צמיחה שנתית מוערכת של 10% ל -5 השנים הקרובות". מספרים מרשימים ומתפתחים ללא הרף; עם זאת, יש יותר ויותר בעיות ניכרות של תיאום וצבירת משאבים.

כפי שהדגיש פרופ 'קטליוטטי, מנהל המכון הלאומי לאופטיקה במרכז המחקר הלאומי (CNR), ופרופ' קאלרקו, מנהל מכון פיטר גרינברג, ביוליץ 'בגרמניה, במאמר שפורסם לאחרונה ב- Nature [8 ], איטליה זקוקה למאמץ פוליטי ושיתוף עסקים קטנים ובינוניים ותעשיות גדולות על מנת להשתתף באמת בפיתוח טכנולוגיה זו. פעולה שגם ה- PNRR מנסה לשחזר לאחרונה על ידי חלוקת מימון כולל של 1600 מיליון יורו בין 9 מוקדי המצוינות העתידיים והצטברות של אוניברסיטאות-מרכזי מחקר-תעשיות ובו המרכז הלאומי לטכנולוגיות קוונטיות וחומרים מתקדמים., פוטוניקה ואופטואלקטרוניקה (ברור שזה עדיין הופך…).

הצגה ממצה של הפוטנציאל שאיטליה יכולה להציב במגזר הצפנה בשיתוף עם גופים אירופיים אחרים הוא פרויקט Quantum-Secure Net, המתואר ב- [9], [10], [11]

התקווה היא שלבסוף יש נקודת צבירה של כל האיטלקים האמיתית עבור טכנולוגיה קוונטית עם תשואה הן מבחינה מדעית והן מבחינה יישומית המאששות את תחזיות התוצר, ההשפעה התעסוקתית והתחזקות התשתית שאליה מקווה ה- PNRR.

ביבליוגרפיה

[1] https://finance.yahoo.com/news/worldwide-quantum-computing-market-2019-094356068.html

[2] https://www.difesaonline.it/evidenza/cyber/difendersi-dai-computer-quantici-lapproccio-statunitense-al-problema

[3] https://www.difesaonline.it/evidenza/cyber/il-futuro-della-crittografia-chiave-pubblica-nellera-del-quantum-computing

[4] https://thequantumdaily.com/2021/04/29/15-countries-with-national-quantum-initiatives/

[5] https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/quantum-technologies-f...

[6] https://quantera.eu/

[7] http://www.qtflagship.cnr.it/

[8] https://www.nature.com/articles/d43978-021-00041-6

[9] https://www.difesaonline.it/evidenza/cyber/il-progetto-quantum-secure-ne...

[10] https://www.difesaonline.it/evidenza/cyber/il-progetto-quantum-secure-ne...

[11] https://www.difesaonline.it/evidenza/cyber/il-progetto-quantum-secure-ne...

הגנת rheinmetal