Администрация Байдена считает риск военного проигрыша в гонке квантовых вычислений достаточно серьезным, поэтому еще в мае 2022 года издала две президентские директивы:
одну — о том, чтобы передать консультативный комитет Национальной квантовой инициативы непосредственно в подчинение Белому дому;
другую — о том, чтобы руководить правительственными учреждениями для обеспечения лидерства США в области квантовых вычислений при одновременном снижении потенциальных рисков безопасности, которые квантовые вычисления представляют для криптографических систем.
1. Почему квантовые вычисления опаснее искусственного интеллекта
Эксперты Foreign Policy в августе 2022 года в статье c таким названием писали:
«Неспособность мира обуздать демона ИИ — или, скорее, грубые технологии, маскирующиеся под таковые, — должна служить серьезным предостережением. Существует еще более мощная новая технология, способная посеять хаос, особенно в сочетании с ИИ: квантовые вычисления».
«Несмотря на то, что квантовые вычисления все еще находятся в зачаточном состоянии, они работают на совершенно иной основе, чем современные компьютеры, на основе полупроводников. Если различные проекты, реализуемые по всему миру, увенчаются успехом, эти машины будут чрезвычайно мощными, решая за считанные секунды задачи, на выполнение которых у обычных компьютеров ушли бы миллионы лет.
Полупроводники представляют информацию в виде последовательности единиц и нулей — вот почему мы называем это цифровой технологией. Квантовые компьютеры, с другой стороны, используют вычислительную единицу, называемую кубитом. Кубит может содержать значения 1 и 0 одновременно, используя парадоксальное свойство квантовой физики, называемое суперпозицией. Таким образом, два кубита могут представлять последовательности 1-0, 1-1, 0-1 и 0-0, все параллельно и в один и тот же момент. Это позволяет значительно увеличить вычислительную мощность, которая растет экспоненциально с каждым дополнительным кубитом».
«Современная криптография кодирует данные в больших комбинациях чисел, которые невозможно взломать за разумное время с помощью классических цифровых технологий. Но квантовые компьютеры, использующие квантово-механические явления, такие как суперпозиция, запутанность и неопределенность, потенциально могут испытывать комбинации настолько быстро, что они смогут взломать шифрование методом перебора почти мгновенно».
«Из-за огромной потенциальной мощи технологии и революционных применений, проекты квантовых вычислений уже являются частью оборонных и других правительственных исследований. Такого рода исследования окутаны тайной, и существует множество заявлений и спекуляций о достигнутых вехах. Известно, что Китай, Франция, Россия, Германия, Нидерланды, Великобритания, Канада и Индия реализуют свои проекты. В Соединенных Штатах лидерами являются IBM, Google, Intel и Microsoft, а также различные стартапы, оборонные подрядчики и университеты.
Несмотря на отсутствие огласки, были проведены заслуживающие доверия демонстрации некоторых основных приложений, в том числе квантовых датчиков, способных обнаруживать и измерять электромагнитные сигналы. Один из таких датчиков был использован для точного измерения магнитного поля Земли с Международной космической станции.
В другом эксперименте голландские исследователи телепортировали квантовую информацию через рудиментарную квантовую коммуникационную сеть. Вместо того, чтобы использовать обычные оптические волокна, ученые использовали три небольших квантовых процессора для мгновенной передачи квантовых битов от отправителя к получателю».
«Эти эксперименты могут заложить основу для будущего квантового интернета, в котором квантовые данные могут безопасно передаваться через сеть квантовых компьютеров быстрее скорости света. До сих пор это было возможно только в области научной фантастики.
Эксперименты также направлены на объединение квантовых вычислений с ИИ, чтобы превзойти ограничения традиционных компьютеров.
Сегодня обучение больших моделей машинного обучения на цифровых компьютерах занимает месяцы из-за огромного количества вычислений, которые необходимо выполнить — например, GPT-3 от OpenAI имеет 175 миллиардов параметров. Когда эти модели вырастут до триллионов параметров (что является обязательным требованием для того, чтобы современный ИИ стал умным), им потребуется еще больше времени для обучения. Квантовые компьютеры могут значительно ускорить этот процесс, используя при этом меньше энергии и пространства».
«Еще в марте 2020 года Google запустил TensorFlow Quantum, одну из первых гибридных платформ квантового ИИ, которая выводит поиск закономерностей и аномалий в огромных объемах данных на новый уровень. В сочетании с квантовыми вычислениями ИИ теоретически может привести к еще более революционным результатам, чем разум ИИ, о котором предупреждали критики».
«В кругах, занимающихся технологиями безопасности и национальной обороны, Святым Граалем является так называемый криптоаналитически релевантный квантовый компьютер — система, способная взломать большую часть криптографии с открытым ключом, используемой цифровыми системами по всему миру, что, например, позволит взломать блокчейн».
«Китай, по данным американских экспертов, лидирует в различных областях квантовых технологий, таких как квантовые сети и квантовые процессоры. Два самых мощных в мире квантовых компьютера были построены в Китае, а еще в 2017 году ученые Китайского университета науки и технологий в Хэфэе построили первую в мире сеть квантовой связи с использованием передовых спутников».
«Зная, что все правительства стремятся к этой технологии просто для того, чтобы не дать противнику стать первым, китайские успехи вполне могут свидетельствовать о преимуществе над Соединенными Штатами и остальным Западом».
2. Призыв к созданию нового квантового центра под руководством Пентагона набирает обороты в Конгрессе США
Законодатели Палаты представителей предлагают увеличить на 20 миллионов долларов финансирование армейских исследований и разработок для первого в своем роде квантового центра передового опыта.
Член Палаты представителей Конгресса США Нэнси Мейс планирует выдвинуть предложение, согласно которому армия США вложит миллионы в создание первого в своем роде Центра передового опыта в области квантовых вычислений для помощи военным. Об этом 22 июня 2024 года сообщил DefenseScoop высокопоставленный представитель команды законодателя.
Квантовые вычисления и информатика представляют собой все еще развивающуюся и, вероятно, революционную область, которая применяет законы физики и сложные явления, происходящие на атомных и субатомных уровнях, для хранения, измерения и перемещения информации.
При поддержке Конгресса агентства национальной безопасности США в последние годы все больше отдают приоритет деятельности и финансированию квантовых технологий, чтобы подготовиться к соответствующей технологической трансформации, которая может быть уже на горизонте.
Эти инвестиции будут «компенсированы сокращением расходов на эксплуатацию и техническое обслуживание в масштабах всей обороны», подтвердил представитель ее офиса.
В мае 2024 года DefenseScoop сообщил, что Подкомитет вооруженных сил Палаты представителей по киберинновационным технологиям и информационным системам (CITI) представил в Законе о повышении качества жизни военнослужащих и разрешении национальной обороны на 2025 финансовый год положение о создании универсального квантового центра, ориентированного на военные нужды.
Такие центры, также называемые ЦП, обычно создаются в рамках федеральных агентств для стимулирования и координации инноваций или модернизации вокруг конкретной, часто связанной с технологиями, интересующей темы.
Первоначальное предложение CITI — призыв к созданию центра в «исследовательской лаборатории прикрытых Вооружённых Сил с необходимым опытом в области квантовых вычислений, интегрированной фотоникой и фотонных кубитов, сверхпроводящих и гибридных систем, а также захваченных ионов» — вошло в недавно принятый Палатой представителей законопроект NDAA на 2025 финансовый год.
Сенат еще не принял свою версию NDAA, которую необходимо будет согласовать с версией Палаты представителей, прежде чем она станет законом.
Хотя новая поправка Мейс к отдельному законопроекту об ассигнованиях на тот же финансовый год может придать дополнительный импульс созданию нового количественного COE, она также явно вовлечет армию в намеченные усилия.
«Увеличивая финансирование армейского счета RDT&E для создания Центра передового опыта в области квантовых вычислений Министерства обороны, мы стремимся к будущему, в котором Америка лидирует в квантовых инновациях. Эти стратегические инвестиции дадут нашим вооруженным силам решающее технологическое преимущество, укрепят нашу национальную безопасность против возникающих глобальных угроз и позволят нам оставаться впереди в гонке против таких противников, как Китай», — заявил представитель ее команды DefenseScoop.
Джон Берк, главный директор по квантовой науке в OASD (S&T), заявил во время технологического саммита Defense One в Вирджинии 18 июня 2024 года, что только в 2024 году они уже выделили 100 миллионов долларов на разработку квантовых приложений для истребителей.
«Первоначальной квантовой технологией была GPS», — сказал Берк. «Мы активно работаем над другими квантовыми технологиями, чтобы обеспечить позиционирование и синхронизацию истребителя, чтобы им не приходилось все время полагаться на GPS».
«Мы прилагаем к этому усилия», — сказал он. «Даже в этом, 2024 году, у нас есть около 100 миллионов долларов… только на эту область».
Квантовые технологии, использующие принципы квантовой теории, могут быть использованы для создания датчиков для поиска подводных лодок и подземных бункеров, говорится в докладе Исследовательской службы Конгресса США, опубликованном в конце 2023 года.
Ученые также предположили, что квантовый радар может быть использован для лучшего обнаружения самолетов, таких как американский истребитель F-35, который труднее увидеть на радаре, чем обычные самолеты, из-за его малозаметной конструкции.
Квантовые вычисления также могут быть использованы для шифрования коммуникаций до такой степени, что их невозможно взломать, что делает их защищенными от перехвата противниками.
3. Квантовая готовность для Пентагона и его подрядчиков
Стивен Ремерман, председатель и генеральный директор Lone Star Analysis пишет на сайте Military Embedded Systems (21.06.2024):
«Существует тенденция думать о квантовой технологии как о «далеком будущем» или как о чем-то «слишком большом», чтобы иметь значение для систем военного назначения или других встроенных систем. Вы можете подумать: «Моя организация на самом деле не занимается бизнесом, на который это повлияло». Вы не одиноки, но все равно ошибетесь. Итак, пора ли паниковать? Нет, но пришло время составить квантовую дорожную карту для каждого подразделения.
Необходимые шаги для достижения квантовой готовности
Шаг нулевой: поймите то, что знает каждая разведывательная служба: ваше шифрование — это бомба замедленного действия.
Одним из первых применений квантовых компьютеров станет уничтожение двух наиболее распространенных форм шифрования информации. Противники, которые «собирают сейчас, расшифровывают позже», собирают ваши зашифрованные файлы. Они будут храниться до тех пор, пока не станут доступны зрелые квантовые компьютеры. Ваши файлы — это будущая ответственность, особенно когда они находятся в движении.
Вы можете подумать: «Я полностью соответствую требованиям, и мы соответствуем FIPS 140-2 (или какому-либо другому стандарту)». Это хорошо и необходимо, но, вероятно, недостаточно. Планирование перехода к квантово-устойчивому шифрованию имеет важное значение. Фактически, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) занимается его анализом и продвижением.
Прежде чем выйдут новые стандарты, необходимо защитить сегодняшние данные. Если у вас есть старые системы, использующие устаревшее шифрование, такое как DES (стандарт шифрования данных) или короткие ключи, вашим командам следует отойти от этих стандартов СЕЙЧАС. Это может означать, что некоторые контроллеры SCADA собирают данные HVAC или любые другие устаревшие системы, которые не обновляются. Подумайте, какую информацию стоит защитить через два-пять лет, и определите приоритетность того, что будет перенесено в новые схемы.
Вы можете нести фидуциарную ответственность за это, чтобы защитить свое подразделение. Вероятно, вы обязаны заботиться о заинтересованных сторонах, чьи данные вы храните, будь то клиенты, сотрудники, поставщики или акционеры. Подумайте об этом, прежде чем перейти к четырем шагам построения дорожной карты.
Шаг первый: начните понимать, как квантовые технологии изменят наши подразделения и то, как мы выполняем свои задачи.
Не думайте о квантовых технологиях как о просто «вычислениях». Квантовая запутанность как форма коммуникации уже дает ошеломляющие результаты. Что касается встроенных систем, вы можете предположить, что установленные в настоящее время оптоволоконные сети, вероятно, позволят нам обмениваться как обычными, так и квантовыми данными.
Квантовые технологии изменят не только компьютеры и сети. Они изменят датчики, систему точного времени и другие компоненты современных систем. Поскольку встроенные системы зависят от таких вещей, как точность синхронизации и поддержка обработки данных датчиками, богатыми данными, стоит приложить усилия, чтобы представить, как квантовые вычисления изменят предложения продуктов, конфигурации систем и возможности будущих миссий.
Прежде чем тратить много времени и денег, постарайтесь понять, что может измениться и как это может повлиять на вашу конкурентоспособность. Возможно, позже вам придется потратить много денег, но тратить деньги сейчас — плохой выбор для большинства организаций.
Не обманывайте себя, думая, что дорогостоящая деятельность — это ценный прогресс. Эта ошибка так же плоха, как и ничегонеделание.
Шаг второй: Google, IBM, Amazon и другие прилагают большие усилия для разработки квантовых нейронных сетей.
Отчасти это связано с надеждой на то, что квантовый искусственный интеллект (ИИ), вероятно, будет менее требовательным к данным, чем нынешние основные системы.
Но поймите, что этот вид ИИ по-прежнему зависит от огромных объемов размеченных данных и что большая часть работы над квантовым ИИ сосредоточена только на том, чтобы сделать ИИ возможным на квантовой машине, которая еще не существует.
Квантовые технологии не повлияют на некоторые конкурентные преимущества, и это справедливо и для вашей организации. Однако будьте осторожны: в этой области сложно дисциплинировать мышление. Это также то место, где удивительно легко проявить высокомерие и отрицание.
Только ваша команда может определить, как этот вопрос применим к вашим продуктам и системам.
Шаг третий: подумайте, где квант позволяет вам использовать свои основные компетенции для создания будущих конкурентных преимуществ.
Ваши компетенции принадлежат только вам. Но если вы выполните шаги с нулевого по второй, вы обнаружите некоторые возможности для рассмотрения. Некоторые из этих возможностей будут стоить вложений.
Например, ключевые компетенции некоторых оборонных компаний включают умелое использование неопределенности, которая лежит в основе многих наиболее многообещающих свойств квантовых технологий. В свою очередь, это дает естественный способ задуматься о том, на чем следует сосредоточить внимание команде исследований и разработок организации.
Шаг четвёртый: создайте квантовую дорожную карту для своей организации.
Она не будет идеальной. События в ближайшие месяцы и годы потребуют пересмотра. Конкуренты преподнесут сюрпризы. Вам придется скорректировать свой курс. Пересмотры и корректировки возможны только в том случае, если у вас уже есть заранее намеченный курс.
Обмен возможностями дорожной карты с ключевыми клиентами имеет важное значение: они захотят и должны знать ваши планы по расширению лидерства в области предписывающей и прогнозной аналитики.
4. Навигационная система на базе ИИ и квантовых датчиков для противодействия подмене и глушению GPS
SandboxAQ, компания-разработчик программного обеспечения и услуг, предоставляющая ИИ и квантовые технологии, 25 июня 2024 года представила новую навигационную систему, которая поможет бороться с проблемами GPS, такими как глушение и спуфинг.
Компания спокойно работала над новой навигационной системой, получившей название AQNav, в течение последних 18 месяцев.
«Одним из самых важных достижений в современной войне стала способность действовать с точностью как во времени, так и в пространстве. Это стало возможным благодаря почти повсеместному распространению спутниковых сигналов, таких как GPS. Все понимают, что это первая точка атаки — как нарушить способность противника использовать GPS и подобные системы», — сказал Джон Ричардсон, бывший начальник военно-морских операций, который тесно сотрудничает с SandboxAQ в качестве советника, в пресс-релизе компании, направленном в Breaking Defense (25.06.2024).
Ричардсон добавил, что конфликты на Украине и в Газе подчеркнули растущую угрозу сбоев в работе GPS и их последствия для будущего войны.
AQNav использует алгоритмы ИИ, квантовые датчики и магнитное поле земной коры для обеспечения навигации в режиме реального времени в ситуациях, когда сигналы GPS подавлены. Согласно пресс-релизу компании, AQNav работает в любых погодных условиях и может использоваться в воздушной, наземной и морской среде.
ВВС США заключили с SandboxAQ контракт на разработку инструментов с использованием геомагнитной навигации в январе 2023 года, а к маю 2023 года AQNav завершил свои первые летные испытания.
Новая система опирается на чувствительные квантовые магнитометры, которые собирают данные из магнитного поля земной коры, имеющие географически уникальные паттерны.
Затем система использует алгоритмы ИИ для сравнения паттернов земной коры с известными магнитными картами, что позволяет AQNav точно и быстро определить свое положение.
Поскольку квантовые датчики обладают высокой чувствительностью, алгоритмы ИИ используются для улучшения соотношения сигнал/шум, что устраняет механические, электрические или другие помехи, которые могут повлиять на способность системы точно определять свое местоположение. Это позволяет AQNav быть непроницаемым для таких проблем, как глушение и спуфинг — по крайней мере, так считают в компании.
«GPS легко заглушить и подделать. Когда самолеты и корабли теряют GPS в движении и переключаются на инерциальные навигационные системы, транспортное средство дрейфует и вскоре оказывается сбившимся с курса. Магнитное поле земной коры обеспечивает постоянный, пассивный внешний сигнал, что делает его высоконадежным источником данных для навигации в сочетании с другими инерциальными и прочими источниками», — сказал в пресс-релизе Лука Феррара, генеральный менеджер по навигации SandboxAQ.
По состоянию на 25 июня 2024 года AQNav эксплуатировалась на более чем четырех различных типах самолетов, выполнив более 40 развертываний и зарегистрировав более 200 летных часов, включая летные испытания ВВС США, Boeing и Acubed by Airbus.
Согласно пресс-релизу, AQNav потенциально может быть использован для улучшения управления автономными транспортными средствами и использоваться под землей или под водой, где нет сигналов GPS.
5. Прозрачное море: AUKUS обращается к ИИ и квантовым технологиям в охоте за китайскими подводными лодками
Анализ данных датчиков с помощью искусственного интеллекта, в том числе новые виды квантового обнаружения, может дать летальное преимущество в подводной войне — либо альянсу Австралии, Великобритании и США, либо Китаю.
Сегодня противолодочная борьба — это битва машин. Алгоритмы ИИ собирают воедино акустические подсказки от множества разрозненных датчиков, которые обмениваются данными по сетям дальнего действия. А завтра, как сообщили эксперты изданию Breaking Defense (29.01.2024), новые технологии — от роботов-разведчиков до квантового зондирования — угрожают разорвать завесу скрытности и подвергнуть подводные лодки нападению.
Тот, кто овладеет этими технологиями, может получить жизненно важное преимущество в морской войне, имеющей отношение к Арктике, Балтийскому и Черноморскому флангам НАТО и, прежде всего, к американо-китайскому соперничеству в обширном Тихом океане. Таким образом, исследования в области ИИ, робототехники, квантовой науки и противолодочной войны становятся все более важными и все более переплетающимися для США и их союзников.
«Военно-морской флот стремится использовать передовые технологии», — сказал представитель службы в заявлении Breaking Defense. «Мы понимаем важность квантовых технологий, включая квантовое зондирование, квантовый тайминг и ИИ для обнаружения подводных лодок и борьбы с подводными лодками в подводной сфере, среди других приложений».
Можно с уверенностью предположить, что то же самое верно и для агрессивно модернизирующихся и все более агрессивных ВМС НОАК Китая. Помимо часто упоминаемой цели принудительного «воссоединения» с Тайванем к 2027 году, Китай стремится стать мировым лидером в области ИИ к 2030 году и, возможно, опережает его в некоторых нишах квантовой науки, таких как теоретически невзламываемые сети, использующие так называемое квантовое распределение ключей.
По крайней мере, на данный момент преимущество — особенно в области квантовых технологий — принадлежит тройственному альянсу AUKUS Австралии, Великобритании и США, утверждает Артур Герман, директор Quantum Alliance Initiative в Институте Хадсона.
«Это технологическая гонка, в которой страны AUKUS могут иметь асимметричное преимущество над Китаем, если они интегрируют свои квантовые исследования и разработки, чтобы получить серию прототипов для T&E (тестирования и оценки) в море», — сказал Герман в интервью Breaking Defense. «Как и появление гидролокатора, появление квантового зондирования может произвести революцию в подводной войне — независимо от того, говорим ли мы о пилотируемых или беспилотных системах».
В то время как пилотируемые подводные лодки получают славу, беспилотные подводные аппараты (НПА) уже широко используются, добавил коллега Германа по Хадсону, бывший подводник и стратег ВМС Брайан Кларк.
«Беспилотные летательные аппараты очень зрелые, и некоторые из них ВМС США (например, серии Remus 100 и 600) находятся на вооружении в течение 20 лет», — сказал Кларк в интервью Breaking Defense. «Последние версии высоко автоматизированы, и, как мы рассмотрели в нашем недавнем исследовании для ADF (Силы обороны Австралии), время, в течение которого UUV может работать без посторонней помощи, может составлять недели или месяцы, в зависимости от того, насколько сложна задача. … В нашей работе с ADF беспилотные системы, безусловно, являются наиболее заметной новой технологией, которую они разрабатывают».
Сегодня большинство этих подводных дронов неуклюжи и медленны: серия Remus 600 развивает скорость не более пяти узлов, а не 10 км в час, по сравнению с более чем 45 км в час для атомной атомной ударной подводной лодки класса «Вирджиния». Но, будучи меньше, дешевле и не ограничены человеческой выносливостью, они могут «наводнить зону» датчиками, наблюдая и ожидая, пока они не заметят что-то, что их алгоритмы пометят как интересное, а затем сообщить об этом надзирателям-людям. В будущем новые виды квантовых датчиков и сложная обработка сигналов ИИ могут сделать эти рои роботизированных субмарин гораздо более сложными для уклонения.
Союзники продвигаются вперед в противолодочной войне
В январе 2024 года два ключевых союзника в Тихом океане, Австралия и Япония, объявили о беспрецедентном соглашении о сотрудничестве в области исследований «для расширения стратегических возможностей в области роботизированных и автономных систем для подводной войны». Незадолго до этого, 1 декабря 2023 года, альянс AUKUS объявил о своем последнем списке инициатив в области исследований, разработок и экспериментов, начиная от инвестиций в промышленную базу и заканчивая радарами космического мониторинга.
Пять из этих проектов были непосредственно нацелены на подводную сферу:
беспилотные мини-подводные лодки, достаточно маленькие, чтобы их можно было запускать из торпедных аппаратов, в том числе на будущих австралийских подводных лодках, разработанных США, как для ударных, так и для разведывательных миссий;
алгоритмы ИИ на базовом американском и австралийском морском патрульном самолете P-8A Poseidon и других неопределенных системах для обработки массивов данных, собранных сбрасываемыми с воздуха гидроакустическими буями;
«интегрированные трехсторонние эксперименты и учения» для автономных систем в больших масштабах, как беспилотных летательных аппаратов, так и автоматизированного обмена данными;
ИИ/машинное обучение для множества целей, включая «точное наведение, а также разведку, наблюдение и рекогносцировку… на суше и на море»;
«Квантовое позиционирование, навигация и синхронизация», в котором используются миниатюрные квантовые часы и датчики для замены GPS. Это ценно для воздушных и надводных сил в военное время, когда GPS часто глушится, а также для подводных лодок постоянно, потому что сигнал GPS не может проникнуть под воду. (То же самое можно сказать и о радаре или радио, которые используют один и тот же тип электромагнитных волн.).
В то время как покупка Австралией американских атомных подводных лодок является высокобюджетным и громким «Столпом I» AUKUS, эти новые инициативы относятся к более широкому и, в долгосрочной перспективе, не менее важному «Столпу II». Речь идет о научно-исследовательском сотрудничестве в рамках восьми «передовых возможностей», две из которых имеют непосредственное отношение к новым подводным войнам: «квантовым технологиям» и «ИИ и автономии».
Квант, в частности, является быстро развивающейся (и плохо изученной) технологией, которая использует парадоксальное поведение субатомных частиц. Это также научная арена, где Австралия, хотя и является лишь 12-й по величине экономикой в мире, бьет намного выше своего веса.
На самом деле, с точки зрения квантовых инноваций на душу населения, «они, вероятно, были бы номером один», — сказала Селия Мерцбахер, исполнительный директор Консорциума квантового экономического развития.
«Австралийский институт стратегической политики (Australian Strategic Policy Institute) сделал очень интересную оценку, подсчитав «высокоцитируемые публикации», — сказала она в интервью Breaking Defense. «Это показывает, что США и Китай занимают первое и второе место в каждой квантовой области», что неудивительно, но Австралия, Великобритания и другие союзники США доминируют в первой пятерке в большинстве подкатегорий квантовых исследований.
На данный момент квантовые вычисления в основном происходят в лаборатории, а не на борту подводных лодок. «Большая часть усилий ведется на фундаментальном научном уровне между оборонными исследовательскими организациями, такими как DSTG в Австралии и NRL, DARPA и т. д. в США», — сказал Кларк. Но в то время как продвинутые приложения, такие как квантовые компьютеры для взлома кода, могут появиться через десять или более лет, одно приложение уже здесь: хронометраж.
По словам экспертов, измеряя время буквально «в миллион раз лучше», чем атомные часы, из которых они развились, квантовые часы позволяют датчикам делать гораздо более точные измерения. Это полезно для самых разных целей, особенно для инерциальных навигационных систем, которые со временем незаметно «отклоняются» от своего истинного курса и требуют постоянного исправления ошибок: чем чаще, тем лучше. Инерциальная навигация, в свою очередь, важна, потому что она работает, когда GPS недоступен, например, под водой.
Следующая эволюция квантовой науки — это сенсорика, потому что квантовые явления могут быть чрезвычайно чувствительны к внешним силам. Изучая, как субатомные частицы изменяют свое поведение, наблюдатели могут сделать вывод о том, какое внешнее воздействие изменяет его. Таким образом, теоретически квантовый датчик может улавливать всевозможные явления, которые не может обнаружить гидролокатор, от магнитных полей до тонкого гравитационного притяжения большого судна, такого как подводная лодка.
Но эта чувствительность — палка о двух концах, потому что, по определению, более чувствительные датчики улавливают больше всего, включая ложные срабатывания. Та же проблема относится и к некоторым другим типам датчиков, в частности, к обнаружению магнитных аномалий (MAD). Впервые примененная во время Второй мировой войны, MAD оказалась настолько чувствительной, что обнаружила десятки затонувших кораблей, поскольку искала тонкие искажения в магнитном поле Земли, создаваемые металлическим корпусом субмарины, ограничивая ее эффективную дальность, даже в современных версиях, менее мили. Точно так же некоторые формы пассивного гидролокатора, который тихо прислушивается к врагам, а не активно посылает сигнал «пинг», изо всех сил пытаются отделить подводные лодки от китов и штормовой погоды.
Во всех этих случаях, однако, есть потенциальное решение: применение мощных алгоритмов распознавания образов для обработки массива данных, отбрасывания ложных срабатываний и выделения вероятных контактов, которые должен исследовать оператор. В настоящее время эти алгоритмы используют ИИ.
«Алгоритмы ИИ используются в противолодочных войнах уже около десяти лет», — сказал Кларк. «Передний край алгоритмов обработки ASW все больше фокусируется на извлечении слабых сигналов из фонового шума».
Проблема в подводной охоте заключается не в нехватке высококачественных датчиков, утверждает Сидхарт Каушал, военно-морской эксперт из британского Королевского объединенного института оборонных исследований. Скорее, это нужно для того, чтобы отсортировать больше и более беспорядочных данных, чем может справиться человеческий разум.
«У нас уже очень давно есть датчики, которые обладают высокой точностью. Речь идет о том, чтобы отделить сигнал от шума», — сказал Каушал на недавнем круглом столе для СМИ. «Как правило, это очень сложная задача для людей, вовлеченных в процесс, но машинное обучение может значительно упростить процесс».
Это означает, что старые датчики, которые когда-то считались слишком чувствительными для операторов, или новые, такие как квантовые детекторы, становятся все более и более пригодными для использования в реальных миссиях по мере развития ИИ.
6. Вооруженная квантовыми датчиками, Франция совершает прорыв в электронной войне
В 2024 году ВМС Франции получили свой первый серийный датчик квантовой технологии – квантовый гравиметр, используемый для картографирования морского дна, сообщил глава Агентства оборонных инноваций Франции Патрик Офорт. В будущем такие датчики могут использоваться для навигации или обнаружения подводных лодок противника.
ВМС также работает с французским оборонным гигантом Thales над квантовыми датчиками для радиоэлектронной борьбы, которые позволят контролировать широкую полосу электромагнитного спектра, сообщил Defense News (25.06.2024) Патрик Офорт на выставке обороны Eurosatory в июне 2024 года в Париже. По его словам, эти датчики будут доступны в течение следующих пяти лет.
В 2022 году Франция выделила 1,8 миллиарда евро, или 1,93 миллиарда долларов США, на развитие квантовых технологий — быстро развивающейся области, которая использует законы квантовой физики для создания новых форм вычислений, связи и зондирования. Квантовые гравиметры измеряют падающие атомы, охлажденные лазером, чтобы обнаружить крошечные изменения гравитационного притяжения, которые можно использовать для определения массы подводной лодки противника. Согласно аналитическому обзору European Leadership Network за 2020 год, у подводных лодок нет способов защитить себя от таких датчиков.
Гравиметр «особенно полезен для первых задач, которые мы здесь делаем, — картографирования морского дна», — сказал Офорт. «Но после этого мы можем представить себе другие варианты использования гравиметра, в частности, для позиционирования и обнаружения наличия полости на морском дне».
Французское агентство оборонных закупок DGA с 2006 года финансирует работу Французского национального бюро аэрокосмических исследований Onera над квантовыми гравиметрами, первый образец которых был представлен в 2016 году. Офис работал с французской компанией Muquans, которая сейчас является частью технологической фирмы Exail, над индустриализацией производство гравиметра .
По словам Офорта, вторая разработка, над которой работает Франция, — это квантовые датчики радиоэлектронной борьбы, которые позволят с большей вероятностью перехватывать излучения в электромагнитном спектре, включая радары и средства связи.
«Квантовые технологии позволяют иметь гораздо лучшее разрешение того, что вы собираетесь обнаружить, и, прежде всего, мгновенное обнаружение в очень широкой полосе пропускания», — сказал Офорт. «У вас есть доступ к гораздо большей пропускной способности и, следовательно, более высокая вероятность перехвата, поскольку излучение на самом деле мимолетно».
Квантовые датчики радиоэлектронной борьбы могут использовать квантовые биты с лазерным охлаждением, которые взаимодействуют с любыми входящими электромагнитными волнами, измеряя мельчайшие изменения в квантовом состоянии кубита. Сегодняшний анализ основан на ротации различных диапазонов для мониторинга всего спектра.
Глава агентства оборонных инноваций заявил, что квантовые компьютеры являются «вопросом не месяцев, а лет», и они могут представлять собой смесь традиционных высокопроизводительных вычислений с квантовой частью. В марте 2024 года DGA заключило контракты с пятью французскими стартапами, занимающимися компьютерными исследованиями, на разработку технологии, которая позволит Франции иметь два универсальных прототипа квантового компьютера к 2032 году.
