Bonjour et joyeux jeudi!Cette semaine marque le 62e anniversaire du premier laser de travail, démontré par le physicien Theodore Maiman chez Hughes Research Labs à Malibu, en Californie,.Fait cool: Maiman a ensuite profité très pratiquement de son invention lorsqu'il a subi une chirurgie laser en 2000.En parlant de lasers, saviez-vous qu'ils sont basés sur le processus mécanique quantique de «émission stimulée»?Ouais, moi non plus, jusqu'à ce que la machine Google a servi cette factoïde après la recherche de «faits laser cool.»(C'est ainsi que la saucisse est faite, les gens).
Quoi qu'il en soit, l'administration Biden prend deux nouvelles mesures pour faire progresser l'informatique quantique américaine et j'ai pensé que je fournirais une introduction «Question et réponse» sur la science et pourquoi elle a des implications de sécurité nationale aussi importantes.Ce truc est fondamentalement magique mais si vous traînez avec moi, je vous promets que vous serez fasciné.
«Ok nerd-boy, continuez.Qu'est-ce que la «mécanique quantique»? "
La mécanique quantique est l'hypothèse régissant le fonctionnement de la nature au niveau des atomes et des particules subatomiques comme les photons.Le mot «quantum» fait référence à l'idée que toute énergie, lumière et matière est composée d'unités discrètes, ou quanta.
«Uh-huh, continue."
Vous voyez qu'il existe deux phénomènes particulièrement importants au sein de la mécanique quantique qui le différencient de la physique classique et qui semblent tenir la plus grande promesse d'innovation future. The first phenomenon is particle superposition.
La physique classique dit que deux choses ne peuvent pas être au même endroit en même temps ou être complètement présentes à plus d'un endroit à la fois. Quantum physics, however, says, “rules are for losers," and allows objects to exist in two distinct states simultaneously—this state is called superposition. Put simply: Superposition means that a quantum object can be “this" and “that," “there" and “here," or “down" and “up" at the same time.Confus?Bien, cela signifie que vous obtenez.Mais, aussi bien que cela puisse paraître, il semble qu'une grande partie du monde soit maintenue par des corps en superposition et c'est la seule théorie qui explique des choses comme les lasers et la photosynthèse.
“What’s the second phenomenon?"
Enchevêtrement.C'est à ce moment que deux ou plusieurs objets quantiques deviennent liés de sorte que toute mesure de l'une décide immédiatement de l'état des autres - sans importance de la distance entre eux.C'est comme s'il y avait deux quartiers de rotation sur les côtés opposés de l'univers et chaque fois que l'un est empêché de tourner, l'autre s'arrête et affiche également la même valeur (E.g., têtes ou queues) comme le premier.
“So, what do these two phenomena have to do with computers?"
Grande question.Les informaticiens font beaucoup de progrès dans l'application de la mécanique quantique aux ordinateurs de nouvelle génération. By using superposition and entanglement, for example, we’re building computers that use qubits rather than just bits. Whereas bits are the “1s" and “0s" you always hear about when people talk about code, qubits use superposition to stand for a much broader range of states, including negative values.Lorsque vous prenez ces qubits plus polyvalents et les emprenez, vous augmentez de façon exponentielle la puissance de calcul et la vitesse d'un ordinateur.
“How much more powerful and speedier are you talking about?"
Eh bien, en 2019, Google a affirmé avoir effectué un calcul sur un ordinateur quantique en 200 secondes qui aurait pris le supercalculateur conventionnel le plus avancé au monde à l'époque environ 10 000 ans pour terminer.Alors oui, beaucoup, beaucoup plus puissant et plus rapide.
«Whoa."
Ouais, et cela a de grandes implications.Par exemple, les gouvernements du monde entier utilisent le cryptage pour protéger leurs systèmes et leurs informations les plus sensibles.En ce moment, le plus rapide u.S.Le supercalculateur prendrait plus d'un milliard d'années pour casser le cryptage le plus avancé du monde.Mais, sur la base de ce que nous voyons dans l'informatique quantique moderne, il est possible qu'un ordinateur quantique puisse casser ce même cryptage en quelques secondes.
Au-delà des risques de cryptage, l'informatique quantique a d'autres applications de sécurité nationale importantes.Le u.S. military is trying to use “quantum sensing" to provide more precise navigation, even in areas where GPS is denied.De même, les technologies quantiques pourraient être utilisées pour détecter les avions furtifs, les sous-marins nucléaires ou l'utilisation des adversaires étrangers d'armes chimiques ou biologiques.
Il y a beaucoup de trucs sympas potentiels qui pourraient être faits avec des ordinateurs quantiques, et nous n'en avons même pas imaginé la plupart. But one thing we must be thinking about is the risk of “quantum surprise," the possibility that another nation could make this breakthrough before we do.Ce serait très, très, très mauvais.
“So, what’s the state of the race for quantum computing?"
C'est compliqué car il n'y a pas de ligne d'arrivée claire.L'informatique quantique a tellement de formes et d'applications différentes, qu'il existe des tonnes de groupes différents travaillant sur différentes parties du problème.Ce n'est pas comme la course pour construire une bombe nucléaire ou marcher sur la lune, car la réalisation de cet objectif nécessite un écosystème complet d'acteurs indépendants.Nous pouvons cependant comprendre certaines choses sur la course.
Par exemple, en termes de capacité brute, les entreprises privées semblent ouvrir la voie.Sur le u.S.Side, Google, Honeywell, Hughes Research, IBM, Intel, Lockheed-Martin, Microsoft, Northrop Grumman et une poignée de startups quantiques sont à la pointe d'une grande partie de la révolution de l'informatique quantique, souvent en partenariat avec American Universities American.
Les fonds de capital-risque spécifiques à quantum comme Quantum Valley Investments et Quantum Wave ont consacré un soutien financier aux startups prometteuses, dont certaines soutiennent des objectifs ambitieux pour dépasser les grandes entreprises dans la course à la création de capacités informatiques quantiques avancées.Des pays comme le Canada et le Royaume-Uni possèdent également un certain nombre de startups potentiellement à fort impact en quantum.En Chine, les géants de la technologie Alibaba, Baidu et Tencent ont été initialement lents à pénétrer dans l'informatique quantique, mais ont fait des gains sur le terrain.Les startups chinoises, souvent soutenues par des entreprises de capital-risque soutenues par le gouvernement, sont également compétitives.
Mais les gouvernements sont également axés sur le défi.Les gouvernements du monde entier ont promis environ 22 $.5 milliards de financement public à la recherche et au développement quantiques dans les années à venir.Les gouvernements qui ont promis 1 milliard de dollars ou plus incluent l'Inde, le U.S., le Royaume-Uni, la France, l'Allemagne et la Chine. Canada, Russia, Israel, Japan, the Netherlands, Taiwan, Singapore, Australia, and Korea have also publicly dedicated tens or hundreds of millions of dollars to similar ends, and the pan-EU “European Quantum Flagship" has been granted a budget of $1.1 milliard.
Le fait que le budget gouvernemental de la Chine représente prétendument environ 44% du total des dépenses publiques internationales pour l'une des nouvelles technologies les plus consécutives pour les intérêts de sécurité nationale est une réalité préoccupante.Et bien que son ordinateur quantique Jiuzhang soit très limité dans l'étendue de ses capacités, son succès étroit suggère que le pays fait des progrès considérables dans le développement quantique.Les universités et les entreprises du pays augmentent régulièrement leur rythme de dépôt de brevets dans les technologies quantiques, ayant déjà doublé le nombre total de brevets déposés par les États-Unis dans le secteur.Dans la communication quantique et la cryptographie spécifiquement, la production brevetée de la Chine éclipse celle du u.S.et en 2018, la Chine a déposé plus de brevets quantiques que les États-Unis, le Japon, la Corée et l'UE ont combiné.
Les ambitions de la Chine sont claires.Comme l'a expliqué Jian-Wei Pan, le principal scientifique quantique, «avec les sciences de l'information modernes, la Chine a été apprenante et adepte.Maintenant, avec la technologie quantique, si nous faisons de notre mieux, nous pouvons être l'un des principaux acteurs." But the national security implications of a world in which China pulls ahead in quantum technology are concerning.Comme Elsa B.Kania et John K.Costello State dans son rapport 2018 pour le Center for a New American Security:
Les progrès de la Chine dans la science quantique pourraient avoir un impact.S.Avantages militaires technologiques. Although it is difficult to predict the trajectories and timeframes for their realization, these dual-use quantum technologies could “offset" key pillars of U.S.puissance militaire, saper potentiellement les avantages technologiques critiques associés aux modes de guerre centrés sur l'information d'aujourd'hui, incarnés par le u.S.maquette.
“Ok, but didn’t you say the Biden administration was taking some new actions—what are they?"
L'administration a publié un décret exécutif (EO) et un mémorandum de sécurité nationale (NSM) visant à stimuler u.S.efforts sur l'informatique quantique et ses implications de cybersécurité qui en découlent.L'OE établit un comité consultatif national de l'initiative quantique qui comprendra «le directeur du Bureau des sciences et de la politique technologique (directeur) ou du directeur du directeur et pas plus de 26 membres, nommés par le président, qui sont des citoyens américains représentatifs deL'industrie, les universités et les laboratoires fédéraux, et qui sont qualifiés pour fournir des conseils et des informations sur les QIS et la recherche technologique, le développement, les démonstrations, les normes, l'éducation, le transfert de technologie, l'application commerciale ou la sécurité nationale et les préoccupations économiques." The accompanying NSM focuses on security:
«Ce mémorandum décrit les politiques et initiatives de mon administration liées à l'informatique quantique.Il identifie les étapes clés nécessaires pour maintenir l'avantage concurrentiel du pays dans les sciences de l'information quantique (QIS), tout en atténuant les risques des ordinateurs quantiques pour le cyber, la sécurité économique et nationale du pays.Il dirige des actions spécifiques pour les agences à prendre alors que les États-Unis commencent le processus pluriannuel de migration des systèmes informatiques vulnérables à la cryptographie quantique (accent audacieux ajouté).Une annexe classifiée à ce mémorandum aborde les problèmes de sécurité nationale sensibles."
“So, what does all of this mean, Klon? Should I be optimistic, scared, what?"
N'ayez pas peur - la science du quant. Having computers that are powerful and fast enough tomaquette the subatomic world—instead of us simply guessing about what’s happening at this level of nature—could break through barriers in medicine development, energy storage, and virtually every field of science.Imaginez des médicaments spécifiquement adaptés à votre cancer et à votre corps.Ou être capable d'alimenter une ville entière avec une seule batterie qui peut s'adapter à l'intérieur d'une remorque de tracteur. Or maybe even the ability to teleport like they do in Star Trek (ok, that last one is far-fetched, but who knows?).
Mais précisément parce que les ordinateurs quantiques seront si puissants, nous devons également prendre très au sérieux le risque de surprise quantique et l'utilisation du méchant des ordinateurs quantiques.Dans l'ensemble, je pense que nous allons bien à cet égard, mais nous ne pouvons pas laisser relever.Les progrès de la Chine dans Quantum me préoccupent (Shocker) et nous ne pouvons certainement pas simplement supposer la supériorité des efforts américains.
To conclude, you are going to hear more and more about quantum science and quantum computers, and I hope this quick Q&A will allow you to better appreciate the awe-inspiring prospects of these innovations as well as their sobering national security implications.Pour moi, ce truc est la quintessence de ce qu'Arthur C.Clark voulait dire, quand il a dit, «toute technologie suffisamment avancée est indiscernable de la magie."
That’s it for this edition of The Current.Assurez-vous de commenter ce post et de partager cette newsletter avec votre famille, vos amis et vos abonnés.Vous pouvez également me suivre sur Twitter (@klonkitchen).Merci d'avoir pris le temps et je vous verrai la semaine prochaine!
