Kvantna tehnologija, koju je kineski lider Xi Jinping nazvao "razornom tehnološkom inovacijom", ne samo da se tiče globalnog ekonomskog, tehnološkog i sigurnosnog pejzaža, već je i važan faktor u određivanju budućeg međunarodnog uticaja.
Konkurencija između Sjedinjenih Država i Kine na ovom polju je posebno žestoka, a neki posmatrači to nazivaju "kvantnom trkom" u novoj eri hladnog rata.
Sjedinjene Države i Kina pridaju veliku važnost kvantnoj tehnologiji
2. januara 2025. stupa na snagu novo pravilo o kvantnoj tehnologiji američkog Ministarstva finansija, koje zabranjuje američkim pojedincima i kompanijama da ulažu i razvijaju niz naprednih tehnologija u Kini, uključujući kvantnu tehnologiju. Ovo je finaliziralo Ministarstvo finansija 28. oktobra 2024. godine.
Sjedinjene Američke Države usvojile su Zakon o nacionalnoj kvantnoj inicijativi 2018. kako bi ubrzale razvoj kvantne tehnologije u Sjedinjenim Državama. U decembru 2024., američki Senat je revidirao i izdao Zakon o ponovnoj autorizaciji Nacionalne kvantne inicijative kako bi povećao podršku razvoju kvantne tehnologije u Sjedinjenim Državama.
U maju 2023. Bidenova administracija Sjedinjenih Država objavila je "Nacionalnu strategiju standardizacije za važne i nove tehnologije", pozicionirajući kvantnu tehnologiju kao strateško područje.
Google je 9. decembra objavio da je njegov kvantni čip, nazvan Willow, završio proračun za manje od 5 minuta. Luda stvar u vezi s ovim proračunom je da bi trenutno najnaprednijem superkompjuteru na svijetu bilo potrebno 10.000.000.000.000.000.000.000.000 godina (10 na 25. stepen) da ga završi.
Kvantna tehnologija takođe dobija pažnju kineske vlade. Kroz političke dokumente kao što je "14. petogodišnji plan", kineska vlada je navela kvantnu tehnologiju kao jedno od prioritetnih razvojnih područja zemlje i ubrizgala vladina sredstva koja su daleko veća od onih evropskih i američkih zemalja.
Već u oktobru 2020. godine, Politički biro Centralnog komiteta KPK održao je kolektivnu studiju na temu „Istraživanje kvantne tehnologije i izgledi za primjenu“, koji je predsjedavao sastankom, naglasio je da „moramo u potpunosti prepoznati značaj i" hitnost promocije razvoja kvantne tehnologije" , ojačati strateško planiranje i raspored sistema razvoja kvantne tehnologije, shvatiti opći trend i preuzeti inicijativu."
Kineska vlada je 2021. godine uključila kvantnu tehnologiju u sedam oblasti "graničnih naučnih i tehnoloških istraživanja" svog "14. petogodišnjeg plana".
Prema izvještaju McKinseya iz 2022. godine, Kina prednjači u svijetu po javnom finansiranju kvantne tehnologije sa 15,3 milijarde dolara - osam puta više od ulaganja američke vlade (1,9 milijardi dolara) i dvostruko više od ukupnih ulaganja svih zemalja članica EU (7,2 milijarde dolara).
Dana 11. oktobra, Hong Kong South China Morning Post je izvijestio da je kineski istraživački tim koristio kvantni kompjuter koji je razvila kanadska kompanija D-Wave da uspješno razbije RSA algoritam enkripcije koji se trenutno široko koristi u komercijalnom polju, čak je razbio i "vojni nivo". " AES enkripcija ("Napredni standard šifriranja") izazvala je široku pažnju i kontroverze u međunarodnoj kvantnoj zajednici.
Dana 7. decembra, China Telecom Quantum Group je otkrila supravodljivi kvantni računar "Tianyan 504", opremljen čipom "Xiaohong" sa 504 kvantna bita koji proizvodi Kineski univerzitet za nauku i tehnologiju Guodun Quantum, čime je postao jedini kineski kvantni računar sa najvećim brojem bitova. Bit će povezan s platformom u oblaku za kvantno računanje Tianyan i pružati eksterne usluge, "i postići će dvostruku nadogradnju u skali i vrsti računarske snage", izvještava agencija Xinhua.
I Sjedinjene Države i Kina podigle su kvantnu tehnologiju do arene u globalnoj tehnološkoj konkurenciji, slično hladnoratovskoj borbi za nuklearne kapacitete", napisao je u izvještaju Mercator Institut za kineske studije, njemački istraživački centar.
“Iako će krajnji proizvod biti kompjuter, a ne bomba, prva strana koja će razviti tehnologiju kvantnog računarstva imat će značajnu prednost u vojnim poljima kao što su kriptografija, komunikacije i obrada informacija.”
Šta je kvantna tehnologija?
Kvantna tehnologija se zasniva na tri osnovna principa kvantne mehanike:
Kvantna superpozicija: Tradicionalni kompjuterski bit može predstavljati samo stanje 0 ili 1, dok kvantni bit (kubit) može biti superpozicija "0" i "1", što mu omogućava eksponencijalno povećanje računarske snage.
Kvantna prepletenost: Dvije ili više čestica mogu biti povezane jedna s drugom putem "prepletenosti", a promjene u jednoj čestici će trenutno utjecati na drugu česticu bez obzira koliko su udaljene. Ovo svojstvo pruža teorijsku osnovu za kvantnu komunikaciju.
Kvantno tuneliranje: Ovaj fenomen omogućava česticama da putuju kroz potencijalne barijere koje su nepremostive u klasičnoj fizici. Koristi se u kvantnim senzorima za postizanje izuzetno visoke preciznosti.
Kvantna tehnologija se fokusira na tri glavna područja:
Kvantno računanje: Korištenje kvantnih bitova za izvođenje složenih proračuna, kao što je simulacija molekularnog ponašanja za ubrzanje razvoja novih lijekova i rješavanje složenih problema u umjetnoj inteligenciji.
Kvantna komunikacija: Kvantna distribucija ključa (QKD) omogućava visoko sigurnu komunikaciju bez prijetnje prisluškivanja.
Kvantna osjetila (sensing): Izuzetno precizna mjerna tehnologija koja se koristi za praćenje zemljotresa, medicinsko snimanje, vojno izviđanje, itd.
Zašto je kvantna tehnologija važna?
Kvantna tehnologija se smatra jezgrom budućeg tehnološkog nadmetanja i zemlja koja postigne "kvantnu hegemoniju" imat će ogromnu prednost u računarskoj moći, informatičkoj sigurnosti i vojnoj superiornosti.
Potrebe nacionalne sigurnosti: Priroda kvantnih komunikacija koja se ne može primijeniti pruža neviđenu komunikacijsku sigurnost za vlade, vojne i finansijske institucije.
U isto vrijeme, kvantni kompjuteri mogu u budućnosti probiti postojeće algoritme šifriranja, prisiljavajući svijet da razvije kvantno otpornu tehnologiju šifriranja kako bi se suočila s mogućim "Danom Q" - momentom kada kvantno računarstvo razbija tradicionalnu enkripciju.
Remetilački uticaj na vojnom polju: Kvantni radar može otkriti mete kao što su stealth lovci, mogu da obezbijede precizno pozicioniranje bez satelita i poboljšaju pouzdanost navigacionih sistema, što je posebno kritično u podmornicama, podvodnim dronovima i drugim složenim okruženjima.
Ogroman ekonomski potencijal: Očekuje se da će kvantna tehnologija riješiti mnoge složene probleme koji se trenutno ne mogu riješiti, kao što je optimizacija logističkih mreža, ubrzanje razvoja lijekova i poboljšanje upravljanja financijskim rizikom.
Prema McKinseyjevoj prognozi, do 2035. će tržišna vrijednost kvantne tehnologije u oblasti medicine, finansija, hemije itd. premašiti 700 milijardi američkih dolara, među kojima će najveću korist imati finansijska i farmaceutska industrija.
Trenutno stanje konkurencije između SAD-a i Kine u kvantnoj tehnologiji
Mnogi zapadni trustovi mozgova, uključujući vašingtonski think tank Fondacija za informacione tehnologije i inovacije (ITIF), složili su se da
U oblasti kvantnih komunikacija, Kina prednjači u svijetu;
Kina zaostaje za Sjedinjenim Državama u kvantnom računarstvu;
U kvantnom sensingu, SAD i Kina su jednake jedna drugoj;
Kina je imala dobre rezultate u komercijalizovanim kvantnim tehnologijama, ali Sjedinjene Države i dalje dominiraju u kvantnim tehnologijama visokog uticaja.
U izvještaju ITIF-a citira se stručnjak koji je rekao da razlike u prednostima Sjedinjenih Država i Kine u oblasti kvantne tehnologije odražavaju potpuno različite nacionalne strategije dvije zemlje za rješavanje izazova u oblasti kvantne tehnologije.
Sjedinjene Države su fokusirane na dugoročni potencijal kvantnog računarstva Iako ova vrsta tehnologije još nije zrela, ima široke izglede za primjenu i može pokriti više industrija.
Kina se, s druge strane, fokusira na neposrednost i sigurnost primjene kvantnih komunikacija, zrelije tehnologije, ali sa užim tržištem.
South China Morning Post je 2017. izvijestio da je Kina započela izgradnju "najveće svjetske kvantne laboratorije" u Hefeiju, glavnom gradu provincije Anhui, gdje se nalazi USTC. Tada su je neki zapadni mediji upoređivali sa Nacionalnom laboratorijom Los Alamos u Sjedinjenim Državama, gdje su rođene prve atomske i hidrogenske bombe na svijetu.
Provincija Anhui pokrenula je prvu fazu Fonda za razvoj kvantne nauke u iznosu od 10 milijardi juana 2017. Dana 11. jula 2017. godine, kineski institut za kvantne inovacije je zvanično otvoren ovdje, a Pan Jianwei, poznat kao kineski "otac Quantum", bio je dekan. Vodio je razvoj kvantnog naučnog eksperimentalnog satelita "Mozi" i "trunk linije Peking-Šangaj" za kvantno sigurne komunikacije.
Origin Quantum, poznata kao prva kineska kompanija za jednoroge za kvantno računarstvo, također je ovdje. U januaru 2024. godine pušten je u rad kineski nezavisni supravodljivi kvantni kompjuter "Benyuan Wukong" treće generacije. "Wukong Core" opremljen sa ukupno 198 kvantnih bita.
„Izgradnja sopstvenog kvantnog kompjutera u Kini,“ prekomorsko izdanje People's Daily izveštava o tome veoma detaljno. „Ne smijemo biti pod kontrolom drugih u ključnim ključnim tehnologijama i moramo imati vlastite kvantne kompjutere kojima se može nezavisno upravljati“, rekao je za novine Guo Guoping, suosnivač i glavni naučnik Origin Quantum.
Britanski časopis The Economist objavio je 31. decembra članak pod naslovom "Kina postepeno sustiže Sjedinjene Države u oblasti kvantne tehnologije", koji je započeo krupnim planom Benyuan Quantum i njegovog kvantnog računara "Benyuan Wukong".
"Nije jasno da li su eksponati u izložbenoj hali na prodaju, ali opremu očigledno ne bi trebalo da vide stranci. Tokom posete novinara (koja je unapred dogovorena), kompanija je djelovala krajnje panično kada je vidjela strance. Intervju je iznenada otkazan i policija je o tome obaviještena," izvijestio je The Economist, "osim proizvodnje oružja, nekoliko industrija je osjetljivo kao kvantna tehnologija."
Vojska širom svijeta također pokazuje veliko interesovanje za kvantnu tehnologiju. "Ovo je također jedan od razloga zašto Kina striktno štiti svoju kvantnu industriju", piše The Economist.
Malo se zna o tome kako funkcionira lanac nabave komponenti, a kineska vlada je uvela ograničenja na izvoz određenih povezanih tehnologija. Slično, Sjedinjene Države su poduzele zaštitne mjere protiv svoje kvantne tehnologije. U oktobru ove godine, Ministarstvo finansija SAD je nametnulo stroga ograničenja na američka ulaganja u kinesku kvantnu industriju.
Kvantna komunikacija: Kina vodi svijet
Kvantni satelit: Kina je 2016. lansirala prvi kvantni naučni eksperimentalni satelit "Micius" na svijetu i uspješno postigla brzu distribuciju kvantnog ključa od satelita do zemaljske stanice.
Kina je 2022. lansirala svoj drugi kvantni satelit "Jinan-1", sa značajno poboljšanim performansama. Planirano je da treći kvantni satelit bude lansiran 2026.
Linija Peking-Šangaj: Kina je 2017. godine izgradila liniju Peking-Šangaj za kvantno sigurnu komunikaciju, ukupne dužine od preko 2.000 kilometara „To je trenutno najduža bezbjedna distributivna linija za kvantnu distribuciju ključeva na svijetu zasnovana na pouzdanoj liniji relejne šema”, objavili su kineski zvanični mediji.
Međunarodna saradnja: Kina i Rusija testirale su kvantne satelitske veze 2023. godine, s potencijalom da se prošire na druge zemlje BRICS-a.
Prednost patenata: Prema kineskoj internet stranici Nikkei, od avgusta 2024. Kina ima 5.544 javna patenta u oblasti komunikacija kvantnog šifrovanja, što je daleko više od 806 u Sjedinjenim Državama.
"Budući da će javni patenti također dovesti do otkrivanja tehnologije, također postoji trend u evropskim i američkim zemljama da se namjerno ne prijavljuju za patente", ističe kineska internet stranica Nikkei.
Kvantno računarstvo: Sjedinjene Države imaju jasnu prednost
U kvantnom računarstvu, Sjedinjene Države su daleko ispred Kine i po razvoju hardvera i po složenosti algoritama.
Kvantni računari koje su razvile američke kompanije (kao što su Google, IBM i IonQ) imaju znatno veći broj kubita od onih razvijenih u Kini. Broj kvantnih bitova je važan kriterijum za mjerenje performansi kvantnih računara.
U poređenju sa trenutnim kineskim rekordom od 504 kvantna bita, kvantni računari koje su razvile američke kompanije imaju hiljade kvantnih bita.
"Willow" kvantni čip koji je Google lansirao u decembru 2024. godine postigao je funkciju ispravljanja grešaka, što se naziva važnim korakom ka praktičnoj primjeni kvantnog računarstva. Sjedinjene Države su se istaknule u algoritmima za ispravljanje grešaka, dizajnu kvantnih kapija i supravodljivom kvantnom računarstvu.
2022. godine, IBM iz Sjedinjenih Država razvio je Osprey čip, kvantni računarski čip od 433 kubita, i planira lansirati kvantni računar sa više od 4.000 kubita 2025. godine.
Američke kompanije imaju naprednije mogućnosti dizajna hardvera, kao što su tehnologije zasnovane na supravodljivim materijalima i jonskim zamkama, koje su superiornije od Kine u pogledu stabilnosti kvantne bita i smanjenja stope grešaka.
Dva najpoznatija kvantna algoritma - Šorov algoritam za faktoring velikih brojeva i Groverov algoritam za brže razbijanje šifrovanih poruka - oba su razvili američki istraživači. Američke kompanije i one u njihovim savezničkim zemljama prednjače u praktičnoj primeni kvantnih algoritama.
Članak Economist ističe da Kina možda smanjuje jaz.
Dana 17. decembra 2024. godine, kvantni kompjuter "Zu Chongzhi br. 3" sa 105 kvantnih bitova koji je razvio Pan Jianweijev tim na Univerzitetu nauke i tehnologije u Kini je izašao na mrežu.
Kineski zvaničnici rekli su da je "Zu Chongzhi-3" nadmašio Googleov 72-bitni "Planeta" procesor objavljen u časopisu Nature u oktobru 2024. za šest redova veličine, "i da je trenutno najjača superiornost supravodljivog kvantnog računarstva".
Iako se Kina i dalje oslanja na zapadne dobavljače za mnoge ključne komponente potrebne za rad kvantnih računara, kao što su specijalizovani laseri, to oslanjanje se smanjuje. „Kako kineske kompanije nastavljaju da unapređuju svoje sposobnosti u proizvodnji ove neophodne opreme, zapadni dobavljači očekuju da će prodaja u Kini postepeno opadati“, kažu iz BCG.
Jedan od primjera je kineski neovisno razvijen hladnjak za razrjeđivanje. Ova oprema se koristi za stvaranje ultra-niskih temperatura potrebnih za pokretanje kvantnih računara. Tokom 2024. godine nekoliko kineskih kompanija i laboratorija najavilo je napredak u ovoj oblasti.
U junu 2024. godine, kineski državni mediji izvijestili su da je Benyuan SL1000 hladnjak za razrjeđivanje koji je razvio Benyuan Quantum "sustigao prvorazredni međunarodni tim za hlađenje za razrjeđivanje i postigao tranziciju sa sljedećeg na trčanje rame uz rame".
U septembru iste godine, hladnjak za razrjeđivanje serije 400 koji je razvio Hefei Zhileng Cryogenic Technology Co., Ltd. "postigao je kontinuirani rad na minimalnoj temperaturi od 7,45 milikelvina tokom više od 100 dana u stvarnoj upotrebi u laboratoriji, postavljajući rekord za najduža operacija na najnižoj temperaturi u Kini", objavili su zvanični mediji.
The Economist je istakao da je zbog visoke povjerljivosti kineske kvantne industrije, vanjskom svijetu teško provjeriti stvarne performanse kineskih hladnjaka za razrjeđivanje i da li su oni zaista dovoljni da podrže rad kvantnih kompjutera. "Ali ako su tvrdnje tačne, one bi označile važnu prekretnicu", navodi časopis.
Hladnjaci za razrjeđivanje su osnovna oprema u kvantnom lancu snabdijevanja.
Godinama su finska kompanija BlueFors i britanski Oxford Instruments glavni dobavljači frižidera koji se koriste u kvantnim računarima širom svijeta. U septembru 2024. Sjedinjene Države su uvele kontrolu izvoza na polju kvantnog računarstva u Kini, uključujući sisteme za hlađenje visokih performansi i drugu opremu, komponente, materijale i softver potrebne za kvantne računare, i pozvale saveznike da slijede njihov primjer.
Kvantni sensing: blisko podudaranje
Kvantni sensing fokusira se na precizno otkrivanje slabih signala, kao što su promjene magnetnih polja i gravitacije. Potencijalne primjene u ovoj oblasti su široke i uključuju medicinsko snimanje, geološka istraživanja, vojni radar i vojnu navigaciju.
Nekoliko zapadnih istraživačkih centara zaključilo je da Sjedinjene Države i Kina imaju slične tehnološke mogućnosti u kvantnom senzoru i da je konkurencija u pat poziciji.
„Liderstvo u ovoj oblasti je ključno za kratkoročno usvajanje,“ napominje ITIF. Neke od ovih tehnologija kvantnog senzora dostigle su visok nivo zrelosti i postepeno se primjenjuju u različitim industrijama, obezbjeđujući veću osjetljivost i nove mogućnosti kojima se tradicionalni senzori ne mogu mjeriti.
U zdravstvu, ove tehnologije omogućavaju preciznije praćenje rada srca i napredne interfejse između mozga i računara. Istraživački tim sa MIT-a i Univerziteta Harvard koristio je tehnologiju kvantne sensinga kako bi poboljšao tačnost MRI snimanja, koje se može koristiti za rano otkrivanje raka.
Što se tiče vojnih primjena, kineski vojni istraživački instituti tvrde da su razvili kvantne senzore koji mogu otkriti podmornice i druge skrivene prijetnje ispod mora.
Kineski zvaničnici također tvrde da njihova kvantna radarska tehnologija značajno poboljšava sposobnost otkrivanja stealth aviona.
Američka vojska također razvija kvantne gravitacijske senzore visoke preciznosti za otkrivanje podzemnih struktura kao što su nuklearne podmornice i tuneli.
Laboratorija za istraživanje mornarice SAD-a istražuje tehnologiju kvantnog kompasa kako bi pružila visokoprecizne navigacijske mogućnosti u odsustvu GPS signala. Kineski navigacioni sistem Beidou takođe koristi tehnologiju kvantne detekcije za poboljšanje pozicioniranja i tačnosti navigacije.
Osim toga, kineska uprava za zemljotrese počela je eksperimentirati s opremom za praćenje potresa zasnovanom na kvantnom senzoru.
Sjedinjene Američke Države razvijaju kvantne senzore za istraživanje nafte i plina kako bi efikasnije otkrili podzemne resurse, smanjili troškove rudarstva itd.
Poređenje inovativnih modela
Kineski državni model i tržišno vođen model Sjedinjenih Država za razvoj kvantne tehnologije su veoma različiti.
Sjedinjene Američke Države se oslanjaju na velike tehnološke kompanije, rizični kapital, start-up i univerzitetska istraživanja, pri čemu privatna preduzeća dominiraju istraživanjem i razvojem, a državna podrška je relativno ograničena.
Ukupan iznos finansiranja privatnog kapitala koji su primili startupi kvantne tehnologije u Sjedinjenim Državama je više od 10 puta veći od Kine. Ovaj model podstiče konkurenciju i diversifikovan razvoj, ali ima i probleme raspršenosti sredstava i nedovoljne koordinacije.
Kina se više oslanja na državno vodstvo. Većinu istraživanja provode državni univerziteti i nacionalne laboratorije, a postoje jake veze između biznisa i kreatora politike.
Kineska nacionalna fondacija za prirodne nauke finansirala je skoro polovinu radova u kvantnom polju, a kvantni start-upovi kao što je Benyuan Quantum takođe su dobili direktnu ili indirektnu podršku od vlade.
Ovaj model odozgo prema dolje ima prednosti u integraciji resursa i izgradnji lanca snabdijevanja, ali također može ograničiti inovacije zbog nedostatka konkurencije.
