В последние годы срок Квантовые вычисления он все чаще используется также за пределами исследовательских лабораторий, привлекая все больше и больше специализированных фигур в гонку за квантовое превосходство и становясь, по сути, одним из стратегических активов в ближайшем будущем видений крупных инвесторов и государств.
Постоянный поиск высококвалифицированного персонала является одним из датчиков этой тенденции, как и среднегодовой темп роста (CAGR), который, как ожидается, вырастет на 56% в период 2020-2030 годов и достигнет почти 65 миллиардов долларов в 2030 году [1] ,
На чем основана эта новая технология, делающая этот сектор привлекательным? Каковы текущие ограничения? Почему так много стран готовят специальные стратегические планы? Как обстоят дела в Италии?
Расчетный потенциал - Алгоритм Гровера
В основе квантовых вычислений лежит кубит (o квантовый бит). Это происходит из определения физики, совершенно отличной от того, как она воспринимается в повседневной жизни: например, если в классической электронике мы можем увеличивать громкость радио постепенно, в квантовой мы можем только «шаг за шагом». на сколько точно определено в зависимости от физической системы в студии.
Главное преимущество кубит на классике бит (0 или 1) заключается в том, что он может находиться в обоих состояниях одновременно (принцип суперпозиции) и может принимать все начальные состояния одновременно, тем самым сокращая время вычислений на основе квантовой механики. В частности,Алгоритм Гровера он позволяет найти конкретное состояние в системе из N элементов с количеством операций, равным квадратному корню из N, в то время как традиционный алгоритм использует N / 2 операций.
Это великая «угроза» квантовых вычислений.: Если до сих пор количество элементов было увеличено, чтобы затруднить расшифровку сообщения, Квантовые вычисления практически нулевое время дешифрования с помощью простого перебора.
С другой стороны, второе квантовое свойство кубит, Theзапутанность делает передачу сообщений внутренне безопасной на квантовом уровне: злоумышленник, который также просто хочет прочитать сообщение, не изменяя его, необратимо разрушает квантовое состояние сообщения и делает его непригодным как для себя, так и для получателя (который, следовательно, знает о вероятный доступ). [2], [3]
Операции на бит и кубит они нацелены на получение расчетов, передачу или хранение данных. Если это достаточно просто, действуя с бит, сложнее с i кубит. Но к этой сложности добавляется еще один фактор: продолжительность кубит в своем состоянии в течение периода, соответствующего выполнению расчета или относительно расстояния между передатчиком и приемником. Эта стабильность называется «постоянством».
В настоящее время физические ограничения в основном связаны с поддержанием состояния кубит в долгосрочной перспективе они требуют фундаментальных исследований для изучения феноменологии и в то же время промышленных исследований для поиска решений, которые все более применимы к макроскопическому миру, в котором мы живем.
Таким образом, очевидна причина спешки Квантовое превосходство, сформулированный в словах физика Джона Прескилла в 2012 году: Я предложил термин «квантовое превосходство» для описания момента, когда квантовые компьютеры будут делать вещи, которые классические компьютеры никогда не смогут повторить, независимо от полезности операции..
На сегодняшний день это интерпретируется различными исследовательскими центрами как способность выполнять более сложные вычисления, чем предыдущие, в квантовых терминах, хотя и решаемые с помощью классических компьютеров.
Настоящая спешка Квантовое превосходство на самом деле это началось, когда квантовый компьютер смог выполнить вычисления, для которых классический компьютер занял бы неприемлемое время (несколько столетий сократились до нескольких секунд).
Кто работает в Квантовое превосходство?
В этой гонке участвуют почти все государства с передовыми технологиями и сильными базами квантовой и ядерной физики, и многие включили этот сектор в краткосрочные стратегические планы с 2030 годом в качестве ориентира.
В основном развитие Квантовый компьютер основан на двух технологиях управления кубит: «Ионная ловушка» и «Управление фотонами».
Ниже приведены последние три года конкурса:
В 2019 году Google заявила, что достигла этой цели благодаря собственному Квантовый компьютер Sycamore (с 54 кубитами) способный решить за 3 минуты вычисление, которое классический суперкомпьютер мог бы решить за 10.000 XNUMX лет.
В 2020 году Университет науки и технологий Китая (USTC) объявил, что добился превосходства с помощью квантового компьютера на основе фотонов под названием Jiuzhang (76 кубитов). С помощью этой системы USTC утверждал, что смог решить за 200 секунд вычисление, которое заняло бы лучший суперкомпьютер в мире на несколько миллиардов лет.
В 2021 году (24 сентября) Китай с USTC объявил, что он по-прежнему лидирует в этой игре благодаря процессору Zuchongzhi (66 Qubit), который, как утверждается, в 100-1000 раз мощнее, чем Платан.
С другой стороны, поддержка отдельных стран или транснациональных фондов необходима для того, чтобы иметь возможность конкурировать с этой новой технологией или, по крайней мере, не отставать от нее. Было запущено много стран или совместных инициатив, а некоторые находятся на продвинутой стадии с точки зрения приложений, исследований и евангелизации со многими запуск e первые последователи.
Несомненно, помимо политических или контекстных заявлений, оценка того, сколько данная нация делает для квантовая технология это инвестиции и средства, выделенные для разработки этой технологии. На основе Квант ежедневно от 29 [04], ситуация обобщена в таблице.
Ценность фондов и инициатив государственной поддержки является показателем того, насколько стратегическим является этот новый сектор, и насколько разные страны прилагают усилия для поддержки исследований и промышленности.
Давайте посмотрим на общеевропейские инициативы и, следовательно, на ту поддержку, которую может предложить Италия.
Первая европейская программа, посвященная контролю качества, - это Флагманская программа квантовых технологий [5]. Инициатива, стартовавшая в 2018 году, предусматривает поддержку в течение 10 лет в размере около 1000 миллионов евро.
На сегодняшний день профинансировано 24 проекта на общую сумму 152 миллиона евро.
Еще одна фондовая инициатива Horizon2020 это вместо этого Квантера [6], где в настоящее время предусмотрены требования на сумму около 40 миллионов евро.
Италия?
Так что Европейский Союз также пытается внести свой вклад. Но как Италия участвует?
Конечно, с их лучшими исследователями, нанятыми с зарплатой, соответствующей их конкретным навыкам, в самых престижных лабораториях по всей Европе..
Но сколько делает наша страна с точки зрения проектов и способности привлекать часть средств, описанных в инициативах ЕС? Посмотрим на ситуацию сегодня.
В 2019 году Звонок Квантера она профинансировала 12 проектов на общую сумму 12,5 млн евро, из которых Италия получила 1,27 млн евро, участвуя в 8 международных проектах, из которых она выступала в качестве координатора. По общему объему полученного финансирования он занимает третье место после Франции (2,2 миллиона евро) и Германии (1,9 миллиона евро).
Новый звонок Квантера в настоящее время открыт на 2021 год.
Относительно Флагманская программа квантовых технологий, Италия участвует через CNR, который координирует национальную деятельность [7], а также поддерживает другие проекты. Horizon2020.
Из того, что выходит, Италия имеет потенциал конкурировать вместе с действующими европейскими партнерами в гонке за приложениями квантовых технологий (также с учетом того факта, что высокотехнологичные компании имеют местные научно-исследовательские и производственные офисы, и, следовательно, на это также надеются Quantum. Превосходство). Это подтверждается стратегическим видением, выделенным в NRP (Национальный план исследований) на 2021-2027 годы. В Италии, например, имеется оптоволоконная инфраструктура, способная поддерживать квантовую связь. ФактическиИтальянская квантовая основа (IQB) похож на волоконно-оптическую магистраль протяженностью 1.850 км (сегодня она уникальна в Европе), поэтому она может активно способствовать развитию и проводить тесты для безопасной квантовой связи. Что касается датчиков, наша страна может быть чрезвычайно конкурентоспособной на быстрорастущем рынке (в том же PNR упоминается, что «Мировой рынок датчиков оценивается более чем в 200 миллиардов евро с предполагаемым ежегодным ростом на 10% в течение следующих 5 лет». Действительно впечатляющие и постоянно меняющиеся числа; однако проблемы координации и объединения ресурсов становятся все более очевидными.
Как подчеркнули профессор Каталиотти, директор Национального института оптики при Национальном исследовательском центре (CNR), и профессор Каларко, директор Института Питера Грюнберга в Юлихе, Германия, в недавней статье, опубликованной в журнале Nature [8 ] Италии необходимы политические усилия и вовлечение малых и средних предприятий и крупных предприятий, чтобы действительно участвовать в развитии этой технологии. Действия, которые PNRR также недавно пытается восстановить, распределяя общее финансирование в размере 1600 миллионов евро между 9 будущими центрами передового опыта и объединением университетов-исследовательских центров-отраслей, включая Национальный центр квантовых технологий и передовых материалов., фотоника и оптоэлектроника (очевидно, это все еще становление…).
Исчерпывающим представлением потенциала, который Италия может реализовать в криптографическом секторе в сотрудничестве с другими европейскими организациями, является проект Quantum-Secure Net, описанный в [9], [10], [11]
Есть надежда, что наконец-то появится настоящая общеитальянская точка агрегации Квантовая технология с результатами как в научном, так и в прикладном плане, которые подтверждают прогнозы ВВП, влияние на занятость и укрепление инфраструктуры, на которое надеется PNRR.
Библиография
[1] https://finance.yahoo.com/news/worldwide-quantum-computing-market-2019-094356068.html
[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...
[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...
