Inteligência Quântica Global (GQI) publicou recentemente um relatório intitulado The Road to Shor Era Quantum Computing em colaboração com o NATO Innovation Fund (NIF). Este relatório fornece uma análise abrangente do estado atual da computação quântica e identifica os principais fatores que determinarão o surgimento de um design dominante capaz de quebrar os padrões de criptografia RSA 2048.
Um resumo executivo do relatório é fornecido abaixo. Mas para ter uma visão completa, é preciso rever o relatório detalhado de 183 páginas. Este relatório fornece a melhor imagem de onde a tecnologia está hoje e descreve os muitos desafios que ainda precisam ser superados para produzir um computador quântico criptograficamente relevante (CRCQ). Ele está disponível para venda no site da GQI aqui.
Sumário executivo
A tecnologia quântica, e a computação quântica em particular, promete ser um motor-chave de futuras oportunidades económicas e vantagens geopolíticas. Atualmente, um grande número de plataformas quânticas está sendo seguido por desenvolvedores em todo o mundo, cada um com seu próprio roteiro para ampliar seu sistema e atingir uma variedade de aplicações de alto perfil. No entanto, todos os desenvolvedores atuais ainda enfrentam grandes desafios e a corrida permanece aberta. O que pode ser dito para informar as decisões e prioridades de investimento nesta jornada?
Este relatório adota uma estimativa de um sistema capaz de usar o algoritmo de Shor para quebrar o RSA 2048 como método de teste para avaliar os desafios do roteiro. Argumenta que um sistema que satisfaça este teste em grande escala será um forte candidato a tornar-se o design quântico dominante, o que colherá benefícios económicos significativos. Analisamos os critérios necessários para avaliar os roteiros em relação a estas metas e desenvolvemos uma estrutura para avaliar como os investimentos nesta jornada podem ser avaliados.
Até agora, muitos caminhos quânticos foram apresentados para mostrar o progresso a curto prazo. Argumentamos que os investidores a longo prazo devem procurar ver os desafios mais difíceis do roteiro resolvidos desde o início, em vez de serem deixados como problemas para fases posteriores do percurso. Os pontos de inflexão que isto pode abrir têm o potencial de acelerar o campo.
A Tecnologia Quântica é a maior revolução em uma geração. A nossa explicação mais fundamental da natureza, a mecânica quântica, abre possibilidades inteiramente novas que não estão disponíveis em nenhuma outra tecnologia existente: verdadeira aleatoriedade, superposição e emaranhamento. Em última análise, a tecnologia quântica, incluindo a computação, as comunicações e a detecção, terá um grande impacto em todos os sectores industriais. Irá fortalecer e acelerar outros campos tecnológicos profundos, incluindo biotecnologia, IA e aprendizagem automática, robótica, criptografia, blockchain e espaço.
A computação quântica (QC) é o campo de maior destaque da tecnologia quântica. O próprio hardware quântico está configurado para ser lento em comparação com outros componentes de computação modernos, mas em vez disso deriva seu poder dos algoritmos exclusivos que pode usar. Ele se beneficia de um espaço computacional estendido e integra nativamente cálculos de retenção exclusivos, prometendo realizar alguns cálculos além do que é realista para qualquer máquina de Turing (ou seja, qualquer computador convencional imaginável). Esta é uma nova habilidade de informática. A sinergia potencial que traz para a simulação da natureza, simulação quântica-quântica, é particularmente atraente para muitos especialistas.
Muitos desafios permanecem. Em particular, o potencial dos computadores quânticos em escalas intermédias continua por provar. Outros esperam benefícios comerciais significativos de tais sistemas. Contudo, muitos acreditam que grandes ganhos exigirão sistemas muito grandes. Eles usarão correção quântica de erros (QEC) para fornecer computação quântica tolerante a falhas (FTQC). Esses dispositivos eventualmente serão capazes de usar bilhões de quantum (reino teraQuop) e muito mais.
O Fundo de Inovação da NATO (NIF) existe para ajudar os empresários com utilização intensiva de tecnologia nas Nações Unidas a enfrentar desafios de longo prazo como estes. Vê o setor quântico como uma oportunidade significativa para esse tipo de investimento. Num projeto conjunto, a GQI e a NIF desenvolveram um método de avaliação do roteiro do desenvolvedor a longo prazo.
O algoritmo de Shor para criptoanálise fornece um exemplo útil de algoritmo quântico bem estudado com aplicações claras. Espera-se que os sistemas quânticos em grande escala sejam capazes de quebrar muitos dos protocolos de chave secreta amplamente utilizados hoje nos negócios e na Internet. Usamos o desenvolvimento de um computador quântico criptograficamente compatível (CRQC), capaz de quebrar a criptografia RSA 2048 em uma janela de 1 dia, como referência para o que é necessário para criar uma máquina verdadeiramente em grande escala. A sua importância não está apenas no seu desempenho, mas também como um marcador para outras aplicações que se espera que máquinas desta escala sejam capazes de realizar.
É comum que 'ninguém saiba qual campo vencerá esta corrida. Embora a GQI concorde com essa avaliação em geral, pensamos que há mais a ser dito para informar as viagens e, pelo menos, avaliar o setor. Principalmente se indicarmos claramente que o objetivo é contar em larga escala. De acordo com este enquadramento é possível identificar os principais desafios que determinados players enfrentam, e em que momentos o seu road map procura resolvê-los.
Este relatório discute detalhadamente os desafios em diferentes camadas da pilha de tecnologia. Descobrimos que os projetos básicos para todas as principais abordagens de plataforma qubit ainda têm muitos desafios a serem resolvidos (em rosa abaixo). Existem também potenciais perturbadores, questões estratégicas ou oportunidades que podem afetar o roteiro de todo o setor (verde abaixo).
Em particular, identificámos potenciais pontos de inflexão, desenvolvimentos importantes que poderiam acelerar significativamente novos progressos.
- Módulos Extensíveis – A indústria precisa ir além de um foco seletivo em métricas de heróis individuais e em diferentes dispositivos. Precisamos ver isso em dispositivos multiqubit robustos com desempenho que ofereça todo o desempenho quântico necessário dentro de velocidades realistas e um modelo de erro finito e direcionado. Se esses dispositivos também podem ser fornecidos com conectores ou conectores de alta qualidade; então isso abriria um progresso incrível com o dimensionamento modular. Por outro lado, sem provisões futuras, o poder de expansão é, em última análise, limitado.
- Esquemas eficientes de tolerância a falhas – Não descartamos a possibilidade de que código local bem lido possa ser a forma como oferecemos suporte ao QEC em grandes computadores quânticos. No entanto, nós, juntamente com muitos na indústria, também estamos entusiasmados com o potencial disruptivo dos novos códigos QEC com padrões de codificação muito elevados. Ainda é necessário mais trabalho para concluir esses exigentes ciclos de código; a melhoria da conectividade (nas taxas e velocidades certas) é provavelmente a chave. Acima de tudo, precisamos ver esquemas de portas tolerantes a falhas definidos e validados com base nesses códigos. Escondidas nos detalhes estão possibilidades atraentes para reduzir ainda mais as despesas associadas a outros métodos (por exemplo, da operação em rede e da geração de formas mágicas).
- Grandes fusões e aquisições – Olhando para todo o setor, é fácil ver que nenhum player tem todas as melhores respostas. Há uma clara oportunidade de criação de valor através da combinação da melhor tecnologia e talento de criação em combinações novas e maiores. O caminho, o carro e o horário em que isso acontecerá é um pouco incerto. Tanto a liderança da indústria como o capital são necessários. Desbloquear grandes reservas de capital para financiar o crescimento a médio prazo e completar o salto quântico é um grande desafio que temos pela frente. A geopolítica também deverá moldar este processo.
- Salto Híbrido – Tornou-se uma tendência na indústria de tecnologia combinar uma combinação de recursos computacionais otimizados para o problema em questão. O campo da computação quântica também reconheceu há muito tempo que seria necessário muito poder de computação clássico apenas para criar um computador quântico. No entanto, acreditamos que a oportunidade está se aprofundando. Nos seus primeiros anos, a computação quântica foi dominada por uma visão monolítica dos qubits disponíveis. No entanto, parte do progresso algorítmico quântico recente (por exemplo, Lin-Tong na simulação quântica ou Regev e Ragavan et. al. na criptoanálise) baseia-se claramente na divisão de grandes circuitos quânticos em pedaços menores e partes móveis de algoritmos. em serviços antigos. Acreditamos que o fornecimento de plataformas capazes de suportar o design de algoritmos híbridos quânticos/clássicos e a oportunidade apresentada pela assistência de IA podem abrir uma nova onda de progresso algorítmico. Assim como se espera que o hardware quântico melhore, o desenvolvimento do software quântico pode desempenhar o seu papel no preenchimento da lacuna na utilidade quântica.
- Design excepcional – Atualmente, diversas tecnologias qubit diferentes e vários designs de plataformas quânticas estão competindo no mercado por atenção e recursos. Vemos os méritos relativos desses projetos aumentar e diminuir em diferentes escalas. Como na história dos semicondutores convencionais, esperamos que eventualmente surja um design inovador. Vemos a construção do CRQC como um campo de batalha potencial para estabelecer tal projeto. Uma vez estabelecidos um precursor e um caminho claros, esperamos que o investimento e os recursos completem o ecossistema em torno de outras tecnologias de plataforma qubit. Por outro lado, a concentração de recursos impulsionará uma forte trajectória de progresso no desenvolvimento.
É importante notar que diferentes participantes do ecossistema têm objetivos diferentes. Os empreendedores acreditam naturalmente na sua tecnologia, embora, em última análise, também devam ter uma avaliação realista de quando colaborar e procurar integração através de aquisições. Os governos podem estar mais interessados em promover o desenvolvimento e a viabilidade do seu ecossistema quântico, em vez de escolher vencedores absolutos. Os investidores, contudo, devem tomar decisões informadas e necessitam de uma base factual para as apoiar.
Este relatório apresenta um quadro para o desafio que permite comparar diferentes roteiros. Estes enfrentam diferentes desafios de escala e enfrentam-nos em diferentes escalas e tempos de desenvolvimento de sistemas.
Descobrimos que este método fornece uma medição e classificação útil dos caminhos dos jogadores. Não estamos a dizer que um perfil da abordagem do desafio seja adequado para todos os participantes do ecossistema ou que vá ao encontro da tese de investimento de todos os investidores. No entanto, para os investidores que se concentram principalmente nas grandes oportunidades de longo prazo, argumentamos que abordar os principais desafios o mais rapidamente possível no roteiro deve ser bom (via verde no diagrama). Isto é muito diferente da maioria dos exemplos de roteiros iniciais. Isto muitas vezes favorece uma demonstração precoce de progresso, o que promete um retorno comercial rápido e apoia a próxima ronda de financiamento.
A tecnologia quântica está preparada para continuar sua emocionante jornada para inaugurar o futuro do século XXI.
6 de dezembro de 2024
