Tieteelliset järjestöt eri maista pyrkivät luomaan ns. kvanttitietokoneet. Erikoisarkkitehtuurilla varustettujen laitteiden suorituskyvyn pitäisi parantua ja yksinkertaistaa useiden tehtävien ratkaisua. On aivan luonnollista, että sotilas- ja puolustusteollisuus ovat jo kiinnostuneita tällaisesta tekniikasta.
Toteutusprosessi
Ensimmäiset markkinoille tulleet kanadalaisen D-Wave Systems -yhtiön kvanttitietokoneet. Vuodesta 2007 lähtien se on tuonut markkinoille erilaisia prosessoreita, jotka perustuvat erilaisiin kubitteihin eri ominaisuuksilla. Tässä tapauksessa emme puhu täysivaltaisesta yleistietokoneesta, vaan erikoisjärjestelmästä tiettyjen ongelmien ratkaisemiseksi. Tässä tapauksessa kuitenkin osoitettiin paremmuus "klassisen" arkkitehtuurin järjestelmiin nähden.
Vuonna 2011 esiteltiin 128-kubitinen D-Wave One -tietokone, joka kykenee suorittamaan vain erillisen optimoinnin. Pian Lockheed Martinin kanssa solmittiin yli 10 miljoonan dollarin arvoinen sopimus yhden koneen toimittamisesta ja sen myöhemmästä huollosta. Viestinnässä asiakasorganisaatio ilmoitti, että tietokonetta käytetään ratkaisemaan monimutkaisimmat ohjelmistoalan ongelmat.
Vuonna 2013 Lockheed-Martin tilasi uudemman D-Wave Two -tietokoneen, jossa oli 512 qubitin prosessori. Seuraava tietokone, tyyppi kaksi, myytiin organisaatioryhmälle, jota NASA johti yhteisprojektia varten. Kolmas sopimus Lockheed Martinin kanssa allekirjoitettiin vuonna 2015 ja siinä määrättiin D-Wave 2X -tuotteen toimittamisesta, jossa on 1152 qubitia. Muita asiakkaita ovat NASA ja Los Alamosin kansallinen laboratorio. Vuoden 2017 alussa alkoi D -Wave 2000Q -tietokoneen (2048 kubitin) myynti - he alkoivat jälleen kiinnostua NASA: sta ja siihen liittyvistä organisaatioista. Advantage -järjestelmä (5640 qubits) tulee markkinoille tänä vuonna.
Kesäkuussa tuli tiedoksi, että USC Viterbi -tekniikkaan perustuva USC-Lockheed Martin kvanttilaskentakeskus saa Advantage-tietokoneen lähitulevaisuudessa. Tehokkaamman koneen vastaanottamisen odotetaan laajentavan keskuksen mahdollisuuksia tehdä tutkimusta ja luoda käytännön järjestelmiä. Lisäksi uusi tietokone sisällytetään Leap -kvanttipilvikompleksiin.
Kritiikistä ja rajallisista ominaisuuksista huolimatta D-Wave Systemsin kvanttitietokoneista on tehty useita sopimuksia ja niitä on käytetty eri organisaatioissa lähes 10 vuoden ajan. Tällaisten laitteiden pääasiakas oli Lockheed Martin, joka on yksi suurimmista puolustusteollisuuden organisaatioista ja joka toimii kaikilla tärkeillä alueilla. Myös tieteelliset ja tutkimusorganisaatiot, mm. sovelletulla alalla.
DARPAn tulevaisuus
Tämän vuoden maaliskuussa DARPA -virasto käynnisti kvanttitietokonehankkeensa. ONISQ (Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum) -ohjelman puitteissa on tarkoitus käsitellä yleisiä kysymyksiä uusien tietokoneiden luomisesta ja luoda sitten valmiita näytteitä. Seitsemän "tiimiä" on mukana työssä, johon tieteelliset ja suunnitteluorganisaatiot osallistuvat.
ONISQ: n ensimmäinen vaihe kestää puolitoista vuotta, ja sen puitteissa on kehitettävä tekniikoita ja algoritmeja yhdistelmäoptimointitehtävien ratkaisemiseksi. Sitten alkaa toinen vaihe, jonka tarkoituksena on parantaa luotuja tuotteita ja ohjelmia. Ohjelman tuloksia voidaan soveltaa sekä sotilas- että siviilialueilla.
DARPA ottaa huomioon, että universaalin kvanttitietokoneen luominen on erittäin vaikea tehtävä, ja siksi he asettavat toistaiseksi vaatimattomampia tavoitteita. Erityisesti on sallittua luoda kvanttijärjestelmän simulaattoreita, jotka perustuvat "tavalliseen" tietokoneeseen, tai kehittää hybridiarkkitehtuuri, jolla on rajoitettu määrä kubitteja.
Venäjän näkökulma
Muissa maissa, mm. Venäjällä kvanttilaskennan kehitys on edelleen jäljessä. Simulaattoreita ja prototyyppejä, joilla on pieni määrä kubitteja, on saatavana ja niitä käytetään, mutta kaupallinen myynti ja massan käyttöönotto ovat vielä kaukana. Tarvittavia toimenpiteitä kuitenkin toteutetaan, ja toivotut tulokset näkyvät lähitulevaisuudessa.
Esimerkiksi Venäjän säätiö kehittyneelle tutkimukselle käynnisti vuonna 2018 "Kvanttitietokoneiden optiset järjestelmät" -projektin. Osana tätä työtä vuosina 2018-2021. suunniteltiin luoda demonstraattoreita tietokoneista, joilla on 50 qubitia neutraalien atomien ja integroitujen optisten piirien perusteella. Hankkeen pääasiallinen toteuttaja on Moskovan valtionyliopisto, ja myös muut organisaatiot ovat mukana työssä.
Työ ei ole vielä päättynyt, mutta uusia tekniikoita on jo suunnitteilla. Kvanttilaskenta on yksi digitaalitalouden valtionohjelman lupaavista aloista. Pohjimmiltaan uusia tietokoneita, joilla on parempi suorituskyky, käytetään teollisuuden ja talouden eri aloilla. Jatkossa ehdotetaan luodakseen lisää vakautta lisääviä kvanttisalausmenetelmiä.
Nykyinen hanke kiinnostaa useita julkisia ja kaupallisia järjestöjä. Siten valtionyhtiö Rosatom ja jotkut suuret valtion ja kaupalliset järjestöt ovat kiinnostuneita kvanttitietokoneiden hankkimisesta. Mahdollisuudesta ottaa ne käyttöön puolustusteollisuudessa keskustellaan - mutta tiettyjä yrityksiä ei ole vielä nimetty. Ilmeisesti tällaiset ongelmat ratkaistaan tulevaisuudessa valmiiden prototyyppien ilmestymisen jälkeen.
Soveltuvat tehtävät
Kvanttitietokoneiden suurin etu perinteisiin järjestelmiin verrattuna on niiden parempi suorituskyky. Tämän ansiosta kvanttikoneella voidaan tehdä nopeampia laskelmia tai suorittaa tiettyjä töitä, joissa muiden keinojen käyttö on epäkäytännöllistä.
Lockheed Martin on ollut mukana kvanttilaskennassa useita vuosia. Yksityiskohtaisia tietoja tällaisten töiden edistymisestä, niiden todellisista tehtävistä ja saavutetuista menestyksistä ei julkistettu. Samalla on julkaistu yleisiä tietoja suunnan tavoitteista ja näkymistä, mikä mahdollistaa erilaisten johtopäätösten tekemisen.
Yhtiön viralliset resurssit mainitsevat D-Wave Systemsin tietokoneiden käytön ohjelmistojen tarkistustyökaluna. Ohjelmistoa kirjoitettaessa ovat mahdollisia virheitä, joiden etsiminen ja korjaaminen vie paljon kehittäjän aikaa ja resursseja. Nopea kvanttitietokone voi testata ohjelman lyhyessä ajassa ja tunnistaa mahdolliset ongelmat. Joissakin tapauksissa kvanttilaskenta pystyy selviytymään tehtävistä, jotka ovat käytännössä ratkaisemattomia muiden arkkitehtuurien järjestelmille.
Koodin tarkastelua voidaan käyttää eri aloilla. Esimerkkinä on ilmailutekniikan ohjelmistojen kehittäminen. Kvanttitietokone nopeuttaa ohjelmien testaus- ja parantamisprosessia, ja valmis ja turvallinen kone vapautetaan testausta varten. Nopeat tietokoneet soveltuvat myös avaruusalan laskelmiin. Muutaman millisekunnin kuluessa D-Wave Two pystyy laskemaan monet aluksen liikeradat ja valitsemaan optimaalisen.
Suorituskykyongelmat
Lockheed Martinilla on vain kvanttijärjestelmät, joiden ominaisuudet ovat rajalliset - D -Waven tietokoneet ratkaisevat vain kapean valikoiman ongelmia. Tulevaisuudessa on odotettavissa universaaleja järjestelmiä, joilla on laaja käyttöalue, ja tämä mahdollistaa nopeuden täydellisemmän hyödyntämisen.
Suurten tietomäärien nopea käsittely tai monimutkaisten laskelmien tekeminen vaaditaan puolustusteollisuuden eri aloilla. Kvanttitietokoneiden käyttöönotto yksinkertaistaa ohjelmistokehitystä, nopeuttaa eri rakenteiden suunnittelua ja vähentää tarvittavien kenttäkokeiden määrää. Korkeasta suorituskyvystä voi olla hyötyä, kun luodaan tekoälyjärjestelmiä eri tarkoituksiin - tämä alue kiinnostaa myös armeija- ja puolustusyrityksiä.
Yleensä kvanttilaskenta sekä yleiskäyttöiset tai erikoistuneet tietokoneet ovat erittäin kiinnostavia ja voivat löytää sovelluksia eri aloilla. Tällaisten järjestelmien käyttöönotto, kuten odotettiin, alkoi puolustusalasta, ja todennäköisesti se tulee olemaan johtaja uusien teknologioiden ja mallien kehittämisessä. On odotettavissa, että pohjimmiltaan uudet laskentatavat vaikuttavat vakavasti teollisuuteen ja armeijaan, mutta kuinka nopeasti tällaiset tulokset näkyvät ja mitkä muutokset siihen johtavat, ei ole vielä selvää.
