Mae cwmnïau fel Vector Atomic ac Infleqtion yn helpu'r technolegau cwantwm harneisio milwrol i ddatblygu synhwyro tanddaearol, cyfathrebu diogel a dewisiadau amgen i GPS.
By Jeremy Bogaisky
Ifbalŵn ysbïwr yn arnofio yn uchel uwchben yr Unol Daleithiau yn enghraifft o ryfel technoleg 19eg ganrif, meddyliwch am cwantwm fel y dyfodol agos.
Mae'r Pentagon ers blynyddoedd wedi bod yn chwilio am ffyrdd newydd o ddefnyddio ffiseg cwantwm i dalu am ryfel, p'un a yw'n datblygu cyfrifiaduron mwy pwerus, yn atal GPS, yn cryfhau diogelwch cyfathrebu neu'n creu dulliau gwyliadwriaeth a allai ganfod llongau tanfor tanddwr a bynceri tanddaearol yn well. Mae yna frys: mae Tsieina yn buddsoddi'n helaeth i hyrwyddo'r galluoedd hyn hefyd.
Cymerwch GPS, er enghraifft. Pe bai gwrthdaro arfog rhwng yr Unol Daleithiau a Tsieina, un o'r pethau cyntaf y byddai'r ddwy ochr yn ei dargedu fyddai system leoli fyd-eang y wlad arall. Dychmygwch yr anhrefn ar y ddaear a'r dryswch yn yr awyr hebddo.
Mae ymchwilwyr yn datblygu systemau llywio cwantwm a fyddai'n galluogi llongau ac awyrennau i aros ar y trywydd iawn pe bai toriad GPS, yn ogystal ag arwain taflegrau i'w targedau yn fwy cywir. Mae rhan o hynny'n ymwneud â chreu clociau atomig mwy cywir, gan mai system amseru yw GPS wrth galon - cyfrifo'r gwahaniaeth mewn amser rhwng lloerennau a derbynyddion ar lawr gwlad. Fe fydd y dechnoleg yn barod o fewn pum mlynedd, meddai Michael Hayduk, dirprwy gyfarwyddwr Labordy Ymchwil yr Awyrlu.
“Bydd hyn yn newid y byd mewn ffyrdd eithaf rhyfeddol, a does dim rhaid i chi aros yn rhy hir amdano,” meddai William Clark, ffisegydd ac is-lywydd yn Infleqtion, cwmni cychwynnol sy’n un o’r arweinwyr yn y maes. Forbes.
YN BAROD NEU DDIM
Asesiad yr Adran Amddiffyn o barodrwydd ac effaith filwrol ddisgwyliedig ystod o dechnolegau cwantwm.
Yn ei ras dechnoleg gyda Tsieina, mae'r Pentagon wedi cynyddu gwariant ymchwil a datblygu mewn sawl maes, gan gynnwys y gwyddorau cwantwm. Roedd gan asiantaethau'r llywodraeth $918 miliwn i'w wario ar ymchwil a datblygu cwantwm yn 2022 cyllidol, i fyny o $449 miliwn yn 2019, gyda Labordy Ymchwil yr Awyrlu, yr Asiantaeth Prosiectau Ymchwil Uwch Amddiffyn a'r Swyddfa Ymchwil Llynges ymhlith y prif gyllidwyr. Ategwyd eu cyfraniadau gan symiau cynyddol o gyfalaf menter. Fe wnaeth busnesau newydd cwantwm yr Unol Daleithiau gynyddu $870 miliwn mewn cyllid yn 2022, yn ôl Pitchbook, bron i ddwbl 2020.
Mae'r rhan fwyaf o'r ffocws wedi bod ar ddatblygu cyfrifiaduron cwantwm. Er bod cyfrifiadura clasurol yn seiliedig ar “ddarnau” sydd naill ai'n un neu'n sero, mae cyfrifiadura cwantwm yn defnyddio gronynnau isatomig fel “qubits.” Oherwydd y ffenomen cwantwm o arosodiad, gall cwbits fod yn un a sero ar yr un pryd, neu'n gyfrannau rhyngddynt, a allai ganiatáu iddynt gael eu defnyddio i ddatrys problemau cymhleth yn gyflym sydd y tu hwnt i gyrraedd y peiriannau presennol.
Gall cyfrifiaduron cwantwm defnyddiol fod ddegawd neu fwy i ffwrdd, ond mae peth o'r ymchwil sylfaenol i reoli atomau a ffotonau unigol ar fin cael ei ddefnyddio i wneud synwyryddion mwy cywir, gan gynnwys rhai sy'n olrhain mudiant, fel cyflymromedrau a gyrosgopau, fel yn ogystal â dyfeisiau sy'n canfod newidiadau bach yng ngrym disgyrchiant a meysydd magnetig.
CWM NIWED
Mae'r fyddin yn edrych ar ystod o gymwysiadau ar gyfer technoleg cwantwm.
Adroddiadau yn 2017 o ddatblygiad arloesol Tsieineaidd mewn magnetometreg cwantwm cododd ddyfalu y gallai fod yn gallu defnyddio rhwydwaith o ddyfeisiau yn yr awyr i ganfod llongau tanfor tanfor o filltiroedd i ffwrdd. Mae llawer o arbenigwyr yn amheus, ond yn y tymor hir disgwylir y bydd gravimeters cwantwm a magnetomedrau yn gallu mapio nodweddion tanddaearol fel dyddodion olew a mwynau, tablau dŵr, bynceri a thwneli yn fwy cywir.
Cryptograffeg
Mae'r bygythiad o ddatblygiadau arloesol gan Tsieina mewn cyfrifiadura cwantwm eisoes yn cael effaith ym maes seiberddiogelwch. Mae mewnwyr diogelwch cenedlaethol yn dweud bod Tsieina a gwledydd gelyniaethus eraill casglu cyfathrebiadau wedi'u hamgryptio a data sensitif arall o'r Unol Daleithiau a'i storio tan y diwrnod pan fo cyfrifiaduron cwantwm yn ddigon pwerus i gracio eu hamgryptio.
Y llynedd, cymerodd Gweinyddiaeth a Chyngres Biden gamau i wthio asiantaethau’r llywodraeth i drosglwyddo i ddulliau cryptograffig “ôl-cwantwm” newydd y credir eu bod yn anorchfygol i gyfrifiaduron cwantwm.
Mae Tsieina yn cymryd agwedd wahanol a drutach i fygythiad cracio cod cwantwm. Mae'r wlad wedi datblygu rhwydweithiau o filoedd o filltiroedd o geblau ffibr-optig sy'n cysylltu dinasoedd mawr sy'n dosbarthu allweddi cwantwm ar hap trwy ffotonau i gyfathrebu diogel. Oherwydd natur mecaneg cwantwm, credir y byddai unrhyw ymgais i glustfeinio ar rwydwaith o'r fath yn newid y ffotonau, gan rybuddio'r defnyddwyr. Tsieina hefyd yw'r wlad gyntaf i ddangos dosbarthiad allwedd cwantwm trwy loeren.
Ar gryfder yr ymdrechion hynny, mae Tsieina wedi mynd ar y blaen i'r Unol Daleithiau mewn cyfathrebu cwantwm, a Astudiaeth RAND dod i ben y llynedd. Mae'r UD yn arwain ym maes cyfrifiadura cwantwm, er ei bod yn aneglur a oes gan y naill neu'r llall fantais mewn synhwyro, ysgrifennodd ymchwilwyr RAND.
Amseru a Mordwyo
Gall y genhedlaeth bresennol o GPS lloeren amcangyfrif lleoliadau i dri metr yn unig. Byddai ffiseg cwantwm yn caniatáu mwy o gywirdeb.
Mewn labordai, mae gwyddonwyr wedi datblygu clociau atomig maint ystafell mwy cywir yn seiliedig ar laserau optegol a fyddai'n colli eiliad ar ôl biliynau o flynyddoedd. Mae Vector Atomic ymhlith llond llaw o gwmnïau sy'n gweithio ar ddatblygu clociau llai, mwy garw i'w defnyddio bob dydd yn y maes, gan fasnachu perfformiad arloesol datblygiadau labordy ar gyfer dibynadwyedd ac ymarferoldeb.
Yn ystod yr ymarferion llyngesol rhyngwladol Rim of the Pacific (RIMPAC) yr haf diwethaf, dywedodd y cwmni cychwynnol o Galiffornia ei fod wedi dangos clociau optegol a gludir gan longau mewn pecyn 40-litr cymharol gryno a symudodd o gywirdeb 10 triliwnfed eiliad ar ôl tua awr. Mae clociau lloeren GPS cyfredol yn drifftio cymaint â hynny ar ôl 20 eiliad.
Gallai’r math hwnnw o welliant ddod â llu o fanteision. Byddai GPS yn aros yn gywir gyda diweddariadau llai aml i glociau lloeren o'r ddaear. Ar y cyd â lloerennau isel-orbit y Ddaear, a fyddai'n dod â signalau GPS yn agosach, byddai amseru mwy manwl gywir yn gwella cywirdeb o fewn centimetrau. Byddai hynny'n golygu, er enghraifft, y gallai GPS gadw cerbydau heb yrwyr yn eu lonydd.
Byddai amseru gwell hefyd yn caniatáu ar gyfer defnydd mwy effeithlon o rwydweithiau cellog a diwifr eraill, gan bacio mwy o ddefnyddwyr i sbectrwm sy'n cael ei ystyried yn orlawn iawn ar hyn o bryd.
Gellid rhoi clociau atomig cludadwy ar awyrennau neu gerbydau daear. Byddai’n caniatáu i heddluoedd America godi rhwydweithiau GPS lleol dros dro o amgylch meysydd brwydrau gyda signalau cyfathrebu a fyddai’n rhy gryf i darfu arnynt, tra bod yr Unol Daleithiau wedi tagu ar systemau llywio gofod y gelyn, meddai Prif Swyddog Gweithredol Vector Atomic Jamil Abo-Shaeer, a oedd yn rheoli rhaglenni cwantwm yn DARPA o 2010 i 2014.
Mae'r cwmni, nad yw wedi cymryd unrhyw arian menter wrth gasglu dros $50 miliwn o gontractau ymchwil y llywodraeth, yn gweithio ar brosiectau gyda'r Llynges a DARPA i grebachu ei glociau fel eu bod yn llai na bagiau cario ymlaen.
Hefyd yn RIMPAC, dangosodd Vector Atomic gravimeter cwantwm cryno wedi'i baru â system llywio anadweithiol safonol sy'n addo caniatáu i longau llynges lywio heb GPS. Mae'r ddyfais yn mesur newidiadau bach iawn yng nghryfder disgyrchiant lleol oherwydd amrywiadau mewn tir tanfor. Trwy gymharu'r mesuriadau â map disgyrchiant, roedd y ddyfais yn gallu cywiro drifft yn system llywio anadweithiol y llong i osod lleoliad y llong yn gywir dros dair wythnos o ddefnydd, meddai Abo-Shaeer.
Mae'r cwmni'n credu y bydd yn gallu dechrau masnacheiddio fersiwn ynni-effeithlon sy'n ddigon bach i ffitio mewn boncyff car mewn dwy i dair blynedd.
Mae sawl cwmni arall yn gweithio ar synwyryddion anadweithiol cwantwm, gan gynnwys Q-CTRL o Awstralia, sy'n cynllunio arddangosiad maes yng nghanol 2023 o system llywio â chwantwm gyda'i bartner Advanced Navigation. Mae Infleqtion o Colorado yn rhan o brosiect yn y DU i ddatblygu System Lleoli Cwantwm ar gyfer cerbydau unigol. Bydd gyrosgop cwantwm y mae'r cwmni'n ei adeiladu ar gyfer y fenter yn cael ei brawf hedfan yn 2024.
Cyfathrebu
Gyda chyllid DARPA, mae Infleqtion, a newidiodd ei enw o ColdQuanta y llynedd, hefyd yn datblygu derbynyddion radio cwantwm i ddisodli dysglau lloeren. Gellir eu tiwnio i amleddau ar draws y sbectrwm, o'r bandiau HF ac UHF a ddefnyddir gan radios tactegol milwrol i'r band K a ddefnyddir gan rwydwaith band eang lloeren SpaceX Starlink. Bydd y dechnoleg yn galluogi un ddyfais i gymryd lle'r hyn y mae deg set derbynnydd gwahanol yn ei wneud heddiw, meddai Clark.
Erbyn 2025, mae'r cwmni'n bwriadu arddangos derbynnydd chwe band maint poced gyda laserau ac electroneg pen ôl wedi crebachu i faint blwch esgidiau bach.
Ymhellach allan, dywedodd Clark y gallai technoleg debyg gael ei defnyddio i greu trosglwyddydd aml-fand tiwnadwy. “Dyna fyddai’r Greal Sanctaidd,” meddai wrth golwgXNUMX Forbes. “Byddai fel eich cyfathrebwr Star Trek, trosglwyddiad llawn a derbyn mewn dyfais fach.”
Cystadleuaeth
Er bod yr Undeb Sofietaidd wedi cynhyrchu rhai o ffisegwyr damcaniaethol mwyaf yr 20fed ganrif, nid oes llawer o arwyddion bod Rwsia yn datblygu technolegau cwantwm sylweddol heddiw, meddai ymchwilydd RAND Edward Parker Forbes.
Mae gwaith Tsieina mewn technoleg cwantwm wedi'i grynhoi mewn labordai cenedlaethol mawr. Fe allai hynny ei roi dan anfantais wrth fasnacheiddio synwyryddion cwantwm o gymharu â’r Unol Daleithiau, gyda’i amrywiaeth o gwmnïau preifat, meddai Parker.
“Nid gwaith labordy neu waith academaidd o reidrwydd yw’r cynnydd gwirioneddol mewn synhwyro cwantwm, ond o ran sicrhau bod modd ei wneud yn faes,” meddai Parker. “Mae’n aneglur i mi a oes ganddyn nhw’r seilwaith sector preifat i wneud y math yna o waith gritty.”
MWY O Fforymau
Ffynhonnell: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- i atal-llestri-yn-cwantwm-tech-rhyfel/