Το κβαντικό μέλλον της Κίνας

Η προσπάθεια του Xi για την οικοδόμηση μιας υπερδύναμης υψηλής τεχνολογίας – Μετά από δεκαετίες εμπιστοσύνης στην ξένη τεχνολογία, η Κίνα του Xi φιλοδοξεί όχι μόνο να προφθάσει την τεχνολογική εξέλιξη της Δύσης αλλά και να την ξεπεράσει, μέσω μιας εθνικής στρατηγικής για ανάπτυξη κινητοποιούμενη από την καινοτομία.

Η Κίνα πρέπει να είναι ένας «παγκόσμιος ηγέτης στην καινοτομία» έως το 2035, δήλωσε ο πρόεδρος Xi Jinping κατά το 19ο Εθνικό Συνέδριο του Κομμουνιστικού Κόμματος τον περασμένο Οκτώβριο. Τα λεγόμενά του αντικατοπτρίζουν μια βασική στρατηγική φιλοδοξία: Μετά από δεκαετίες εμπιστοσύνης στην ξένη τεχνολογία, η Κίνα του Xi φιλοδοξεί όχι μόνο να προφθάσει την τεχνολογική εξέλιξη της Δύσης αλλά και να την ξεπεράσει -μέσω μιας εθνικής στρατηγικής για ανάπτυξη κινητοποιούμενη από την καινοτομία.
Η πορεία της Κίνας στην κβαντική επιστήμη -η οποία αξιοποιεί τις αρχές της κβαντικής μηχανικής για την δημιουργία αποδιοργανωτικών, ίσως μετασχηματιστικών τεχνολογιών- θα αποτελέσει μια δοκιμασία-κλειδί για τις φιλοδοξίες του Xi. Το Πεκίνο προσπαθεί να γίνει παγκόσμιος ηγέτης στην κβαντική τεχνολογία μέσω κρατικά κατευθυνόμενων επενδύσεων μεγάλης κλίμακας, οι οποίες ενδέχεται να φτάσουν τα δεκάδες δισεκατομμύρια δολάρια τα επόμενα χρόνια.
Στο πλαίσιο του 13ου πενταετούς σχεδίου, το οποίο εισήχθη το 2016, η Κίνα ξεκίνησε ένα «μεγα-σχέδιο» για τις κβαντικές επικοινωνίες και τον [κβαντικό] υπολογισμό, το οποίο στοχεύει να επιτύχει σημαντικές καινοτομίες στις τεχνολογίες αυτές μέχρι το 2030, συμπεριλαμβανομένης της επέκτασης της εθνικής κβαντικής επικοινωνιακής υποδομής της Κίνας, την ανάπτυξη ενός γενικού πρωτότυπου κβαντικού υπολογιστή και την κατασκευή ενός πρακτικού κβαντικού προσομοιωτή.
Η Κίνα κατασκευάζει επίσης το Εθνικό Εργαστήριο για τις Κβαντικές Πληροφορικές Επιστήμες, το οποίο, έχοντας πάνω από 1 δισεκατομμύριο δολάρια αρχικής χρηματοδότησης, θα μπορούσε να αποτελέσει βασικό κέντρο βάρους για μελλοντική έρευνα και ανάπτυξη.
Θα επιτύχει η Κίνα τα σχέδιά της να πρωτοπορήσει στην πρόοδο της κβαντικής τεχνολογίας; Παρόμοια κρατικά επενδυτικά προγράμματα έχουν οδηγήσει σε μικτά αποτελέσματα τα τελευταία χρόνια -η Κίνα φαίνεται να έχει καταφέρει κάποιες επιτυχίες στην ανάπτυξη υπερηχητικών όπλων, αλλά έχει δει μόνο περιορισμένη πρόοδο στους ημιαγωγούς. Παρ’ όλα αυτά, υπό τον Xi, η Κίνα είναι σαφώς πρόθυμη να βάλει μεγάλα στοιχήματα σε επαναστατικές τεχνολογίες. Και παρόλο που τα τυχερά παιχνίδια έχουν ρίσκο, η πιθανή απόδοση είναι τεράστια: Αν είναι επιτυχής, η αναζήτηση της Κίνας για ηγεσία στην κβαντική επιστήμη μπορεί να βοηθήσει στην αλλαγή της ισορροπίας δυνάμεων μεταξύ Πεκίνου και Ουάσινγκτον.
ΚΒΑΝΤΙΚΟ ΑΛΜΑ
Η έλευση της κβαντικής τεχνολογίας υπόσχεται σημαντικά βήματα προς τα εμπρός σε μια σειρά από σημαντικούς τομείς. Δείτε τους υπολογιστές: Ενώ οι κλασσικοί υπολογιστές βασίζονται σε bits -κωδικοποιημένα είτε ως μηδενικά είτε ως ένα-, οι κβαντικοί υπολογιστές που λειτουργούν με qubits, τα οποία χρησιμοποιούν το φαινόμενο που είναι γνωστό ως υπέρθεση (superposition) για να κωδικοποιήσουν τις πληροφορίες ως μηδέν και ένα ταυτόχρονα, επιτρέποντας εκθετικές αυξήσεις της υπολογιστικής ισχύος, η οποία θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε τομείς όπως η εκμάθηση μηχανών και οι πολύπλοκες προσομοιώσεις.
Η κβαντική επιστήμη θα μπορούσε επίσης να φέρει επανάσταση στην κρυπτογραφία και τις επικοινωνίες: Οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να σπάσουν τις πιο κοινές μορφές κρυπτογράφησης, οι οποίες βασίζονται στην υπολογιστική δυσκολία της πρωταρχικής παραγοντοποίησης (prime factorization), ενώ η κβαντική κρυπτογραφία, η οποία εκμεταλλεύεται τις κβαντικές ιδιότητες για αποδεδειγμένη ασφάλεια, θα μπορούσε να καταστήσει τις πληροφορίες πολύ δυσκολότερο να αποκρυπτογραφηθούν. Εν τω μεταξύ, η πρόοδος στην κβαντική αίσθηση, μετρολογία και πλοήγηση μπορεί να επιτρέψει μοναδικές δυνατότητες ανίχνευσης, ακρίβειας και τοποθέτησης.
Ήδη η επένδυση του Πεκίνου στην κβαντική τεχνολογία έχει αρχίσει να παράγει αποτελέσματα. Το 2016, η Κίνα εκτόξευσε τον πρώτο κβαντικό δορυφόρο στον κόσμο, ο οποίος έκτοτε χρησιμοποιήθηκε για κβαντικά κρυπτογραφημένες βιντεοκλήσεις μεταξύ της Κίνας και της Ευρώπης. Η χώρα βρίσκεται τώρα στην διαδικασία ολοκλήρωσης και επέκτασης μιας εθνικής υποδομής για κβαντικές επικοινωνίες, η οποία θα μπορούσε να ενισχύσει την ασφάλεια των πληροφοριών. Οι Κινέζοι επιστήμονες έχουν θέσει νέα παγκόσμια ρεκόρ στην εμπλοκή πολλών σωματιδίων, βασικό σημείο αναφοράς για την πρόοδο στον κβαντικό υπολογισμό. Και οι τεχνολογικοί γίγαντες της Κίνας -εταιρείες όπως οι Alibaba και Baidu- επενδύουν επίσης σε μεγάλο βαθμό στις δικές τους κβαντικές πρωτοβουλίες. Αξίζει να σημειωθεί ότι η Alibaba εγκαινίασε υπηρεσίες κβαντικής πληροφορικής μέσω μιας πλατφόρμας cloud που βασίζεται σε κβαντικό επεξεργαστή 11 qubit.
Ο κινεζικός στρατός και η αμυντική βιομηχανία της Κίνας έχουν επίσης ασχοληθεί έντονα με την κβαντική τεχνολογία. Για παράδειγμα, ο Λαϊκός Απελευθερωτικός Στρατός (PLA) ελπίζει ότι θα χρησιμοποιήσει την πρόοδο του κβαντικού ραντάρ και της κβαντικής ανίχνευσης για να αντισταθμίσει την υπεροχή του στρατού των ΗΠΑ σε τεχνολογία stealth, η οποία θα μπορούσε να είναι ευάλωτη σε αυτό το νέο είδος ανίχνευσης.
Το Ναυτικό του PLA προσπαθεί να αναπτύξει μια κβαντική πυξίδα για υποβρύχια, που θα τους επέτρεπε να πλοηγηθούν χωρίς την βοήθεια του BeiDou (το αντίστοιχο της Κίνας προς το GPS), επιτρέποντας μια ανεξαρτησία από τα διαστημικά συστήματα που θα μπορούσαν να κινδυνεύσουν σε ένα σενάριο σύγκρουσης. Και η κβαντική κρυπτογραφία θα μπορούσε να δώσει στην Κίνα ένα πλεονέκτημα στην εξασφάλιση των στρατιωτικών επικοινωνιών.
Αν και η κατάσταση της κινεζικής έρευνας μπορεί να είναι αδιαφανής, υπάρχουν αρχικοί δείκτες προόδου, συμπεριλαμβανομένων των αναφορών για ένα επιτυχημένο πρωτότυπο κβαντικό ραντάρ. Εάν επιτύχουν αυτές οι προσπάθειες, η Κίνα θα μπορούσε να κάνει άλμα μπροστά από τις Ηνωμένες Πολιτείες σε αυτό το πεδίο στρατιωτικής τεχνολογίας.
Ωστόσο, όταν οι τεχνολογίες ακούγονται μαγικές -όπως συμβαίνει συχνά με την κβαντική τεχνολογία- ο ενθουσιασμός για τις δυνατότητές τους ίσως να ξεπερνά την πραγματικότητα. Η πρόοδος της Κίνας στην κβαντική επιστήμη πρέπει να ληφθεί σοβαρά, αλλά χωρίς υπερβολές, λόγω των προκλήσεων που παραμένουν.
Δεν είναι ακόμη σαφές, για παράδειγμα, εάν η εφαρμογή της κβαντικής κρυπτογράφησης και των κβαντικών επικοινωνιών σε κλίμακα, θα ενισχύσουν την ασφάλεια ώστε να δικαιολογήσουν τις επενδύσεις της Κίνας. Πράγματι, η υπόσχεση της τέλειας ασφάλειας μέσω της φερόμενης «αδιάσπαστης» (unhackable) κβαντικής κρυπτογράφησης μπορεί να αποδειχθεί χιμαιρική, δεδομένων των δυνητικών τρωτών σημείων και των εναπομενουσών μηχανικών προκλήσεων. Είναι επίσης πολύ νωρίς για να πούμε εάν η Κίνα θα κερδίσει τον αγώνα για την προώθηση της κβαντικής πληροφορικής.
Το συμβολικό ορόσημο της κβαντικής υπεροχής -το σημείο στο οποίο ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να ξεπεράσει τον κλασικό υπολογιστή- είναι στον ορίζοντα, όμως η ανάπτυξη ενός πλήρως λειτουργικού κβαντικού υπολογιστή θα απαιτούσε δεκαετίες. Στην πραγματικότητα, η μελλοντική πρόοδος στον κβαντικό υπολογισμό θα είναι περισσότερο μαραθώνιος παρά ένα σπριντ, και θα απαιτήσει χρόνια σταθερής δέσμευσης και επενδύσεων. Θα υπάρξουν σημαντικές προκλήσεις, από τα βασικά ζητήματα της διόρθωσης σφαλμάτων (λόγω της ευθραυστότητας των qubits και των προβλημάτων της έλλειψης συνοχής) στην ανάπτυξη νέων κβαντικών αλγορίθμων και λογισμικού.
Και με πολλαπλά δυνητικά μονοπάτια στον κβαντικό υπολογισμό -συμπεριλαμβανομένης της χρήσης παγιδευμένων ιόντων και αμφοτέρων της υπεραγωγιμότητας (superconducting) και των τοπολογικών qubits (topological qubits)- το μέλλον της τεχνολογίας παραμένει ευρύτατα ανοικτό.
Η ΠΡΟΚΛΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΑΣ;
Η Κίνα υποτιμάτο κάποτε ως αντιγραφέας, αλλά τώρα προκαλεί την ηγεσία των ΗΠΑ στις αναδυόμενες τεχνολογίες που θα μπορούσαν να καταστούν αναπόσπαστο μέρος της εθνικής ισχύος. Και παρόλο που οι Ηνωμένες Πολιτείες βρίσκονται στην πρώτη γραμμή της κβαντικής επιστήμης, το οικοσύστημα της καινοτομίας στις ΗΠΑ έχει αντιμετωπίσει ορισμένα εμπόδια που κυμαίνονται από την ανεπαρκή επένδυση μέχρι την έλλειψη ειδικευμένων εργαζομένων.
Η εμφάνιση της Κίνας ως σοβαρού υποψήφιου στην κβαντική επιστήμη υπογραμμίζει την ανάγκη των Ηνωμένων Πολιτειών να λάβουν μέτρα για να διατηρήσουν την ανταγωνιστικότητά τους. Πρόσφατα, έχουν αρχίσει να το κάνουν. Αυτόν τον μήνα, η Βουλή των Αντιπροσώπων των ΗΠΑ ψήφισε τον Εθνικό Νόμο για την Κβαντική Πρωτοβουλία, κάνοντας έκκληση για την δημιουργία Κέντρων Έρευνας Κβαντικών Επιστημών Πληροφοριών στο πλαίσιο του Υπουργείου Ενέργειας. Και νωρίτερα αυτήν την εβδομάδα, ο Λευκός Οίκος συγκάλεσε μια κβαντική σύνοδο κορυφής με ηγέτες των επιχειρήσεων και ξεκίνησε μια νέα Εθνική Στρατηγική Επισκόπηση για την Κβαντική Πληροφορική Επιστήμη (National Strategic Overview for Quantum Information Science). Κατά την διάρκεια της διάσκεψης αυτής, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Υπουργείο Ενέργειας [16] ανακοίνωσαν και πάλι περαιτέρω χρηματοδότηση για την κβαντική έρευνα.
Αυτές οι πρόσφατες πρωτοβουλίες είναι μια καλή αρχή, αλλά ο αντίκτυπός τους θα εξαρτηθεί από την εφαρμογή. Ειδικότερα, οι Ηνωμένες Πολιτείες πρέπει να αυξήσουν και στην συνέχεια να διατηρήσουν μακροπρόθεσμα την στήριξή τους στην κβαντική έρευνα και ανάπτυξη, συνεχίζοντας παράλληλα την εκπαίδευση, την προσέλκυση και την διατήρηση ταλαντούχων φοιτητών και επιστημόνων. Η Ουάσινγκτον πρέπει να συνεχίσει να προωθεί επιλογές για συμπράξεις δημοσίου και ιδιωτικού τομέα και να επιδιώκει βαθύτερη συνεργασία με συμμάχους και εταίρους. Οι Ηνωμένες Πολιτείες πρέπει επίσης να προετοιμαστούν για τη μετάβαση στην κβαντική κρυπτογραφία σε όλο το οικοσύστημα της πληροφορικής τεχνολογίας, δεδομένης της απειλής που θέτουν οι μελλοντικοί κβαντικοί υπολογιστές στην σημερινή κρυπτογράφηση.
Ενώ η πρώτη κβαντική επανάσταση -η έλευση της κβαντικής θεωρίας, στις αρχές του εικοστού αιώνα- ξεκλείδωσε μυστικά για την φύση της πραγματικότητας, γινόμαστε τώρα μάρτυρες μιας δεύτερης κβαντικής επανάστασης, στην οποία η θεωρία εφαρμόζεται για την ανάπτυξη μετασχηματιστικών τεχνολογιών. Παρόλο που διεξάγεται συναρπαστική έρευνα παγκοσμίως, η Κίνα και οι Ηνωμένες Πολιτείες σαφώς μοιράζονται την φιλοδοξία να ηγηθούν, ίσως ακόμη και να κυριαρχήσουν, στην κβαντική επιστήμη και τεχνολογία.
Πράγματι, το μέλλον αυτής της μεγάλης αντιπαλότητας δυνάμεων θα διαμορφωθεί από τις τροχιές των δύο χωρών στις σημερινές αναδυόμενες τεχνολογίες -ειδικά την τεχνητή νοημοσύνη και την κβαντική υπολογιστική- οι οποίες μπορεί να είναι κρίσιμες για τη μελλοντική οικονομική ανταγωνιστικότητά τους και την στρατιωτική τους ισχύ.
Οι φιλοδοξίες του Xi για κινεζική ηγεσία στην καινοτομία αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του «κινεζικού ονείρου» της «εθνικής αναζωογόνησης» -αμφισβητώντας έτσι εγγενώς την διεθνή τάξη στην οποία οι Ηνωμένες Πολιτείες υπερισχύουν εδώ και πολύ καιρό.
ELSA B. KANIA
Συνεργάτης στο Πρόγραμμα Τεχνολογίας και Εθνικής Ασφάλειας στο Center for a New American Security.
foreignaffairs