Дж. Роберт Оппенгеймер, великая фигура в истории физики, часто прозванный “архитектором атомной бомбы”, хотя его прямое влияние на квантовые вычисления может быть не так очевидным, уроки, полученные из его работы, имеют глубокое значение для текущего прогресса в области квантовых вычислений. Последний кинематографический образ жизни и работы Оппенгеймера не только проливает свет на историческую траекторию ядерной физики, но и предоставляет контекстуальную основу для понимания эволюции квантовых вычислений.
Основной сферой влияния Оппенгеймера была ядерная физика, но его вклад в квантовую механику – фундамент квантовых вычислений – был далеко не незначительным. Его докторская работа в Германии в 1920-х годах, в сотрудничестве с Максом Борном, привела к разработке приближения Борна-Оппенгеймера. Это приближение сыграло важную роль в расширении квантовой механики от атомов к молекулам, став одной из его наиболее цитируемых работ и инструментом, до сих пор широко используемым в квантовой химии и квантовой физике. Его начальные академические взаимодействия с выдающимися учеными, такими как Бор и Гейзенберг, в период интенсивных научных открытий, положили основу для квантовых вычислений, которые мы знаем сегодня.
В качестве директора Лос-Аламоса Оппенгеймер возглавлял команду блестящих умов, многие из которых позднее внесли значительный вклад в квантовые вычисления. Среди них был Ричард Фейнман, молодой физик на тот момент, который сейчас признан одним из пионеров квантовых вычислений. Джон фон Нейман, еще один член команды, внес существенный вклад в архитектуру вычислений и решил “проблему измерения”, описывающую, как квантовые системы изменяют свое состояние при измерении. Оппенгеймер также сотрудничал с Исидором Айзеком Раби, в честь которого названа раби-частота, важная для нейтральных атомных вычислений.
Кинематографическое изображение лидерства Оппенгеймера во время Проекта Манхэттен подчеркивает практические последствия квантовой механики. Это также подчеркивает вызовы, которым сегодня приходится сталкиваться компаниям в области квантовых вычислений, переходящим из академических условий в промышленные и коммерческие среды. Как отмечено в биографии Оппенгеймера: “Ученые, привыкшие работать с ограниченными ресурсами и практически без каких-либо сроков, теперь должны были адаптироваться к миру неограниченных ресурсов и строгих сроков.”
Атомная бомба, прямое применение ядерной физики, бесповоротно изменила ход истории. Её квантовый аналог, “Q-день”, относится к будущей дате, когда квантовые компьютеры будут способны взламывать существующие криптографические системы. Появление такого дня теоретически может привести к расшифровке любого сообщения, зашифрованного этими системами, что потенциально может вызвать катастрофический сбой в безопасности цифровой коммуникации.
Создание первой бомбы в 1945 году вызвало гонку вооружений между США и Советским Союзом, за которой последовало развитие военных ядерных технологий другими странами. Сегодня мы наблюдаем аналогичную “квантовую гонку”, с ведущими нациями, инвестирующими миллиарды в квантовые технологии. Первая страна, достигшая “квантового преимущества” или “квантового господства” (что-то подобное четырём тысячам корректируемых логических кубитов высокого качества), получит значительное стратегическое преимущество. Многие эксперты выступают за инвестиции в квантовую технологию по образу “Манхэттенской программы”. Как написал адмирал Майк Роджерс, бывший директор НСА, недавно: “Мы находимся на переломном этапе. Давайте не будем ждать квантового аналога ‘момента Спутника’. Редко когда новая технология дает такую мощь тем, кто может её освоить”.
В то время как ядерная гонка вооружений базировалась на концепции взаимно обеспеченного уничтожения, ситуация существенно отличается, когда дело касается квантовых вычислений. Появление квантовых компьютеров не означает неизбежный конец безопасных коммуникаций. Фактически, мы можем защититься от потенциальных квантовых угроз, используя классическую криптографию. Например, системы криптографии на решетках предоставляют надежную защиту от квантовых атак. Эти системы могут быть интегрированы в существующие протоколы и программное обеспечение с относительной легкостью, что делает их популярным выбором для мер безопасности, устойчивых к квантовым угрозам. Это подчеркивает ключевое различие между ядерной и квантовой областями: в то время как первая была гонкой за доминирование без реальной защиты, вторая является более сбалансированным соревнованием, где прогресс в квантовых вычислениях сопровождается соответствующими шагами в квантово-стойкой криптографии.
Личные и политические борьбы Оппенгеймера также предлагают ценные уроки для сообщества квантовых вычислений. Его агитация против дальнейшего ядерного развития отражает глубокое чувство ответственности за этические последствия научных достижений. Эта перспектива актуальна и для сегодняшних квантовых вычислений, которые имеют потенциал как для полезных, так и для вредных применений, таких как потенциальное злоупотребление квантовыми компьютерами для взлома или последствия квантового господства. История Оппенгеймера служит напоминанием о необходимости тщательного рассмотрения этических и общественных последствий квантовых вычислений.
В десятилетиях, следовавших за Проектом Манхэттен, Национальная лаборатория Лос-Аламоса продолжила оставаться центром исследований в области квантовой механики и, более недавно, квантовых вычислений. Сегодня исследователи в Лос-Аламосе активно работают над разработкой квантовых вычислительных технологий и исследованием их потенциальных применений, сотрудничая с лидерами индустрии для исследования различных квантовых методов.
Одна анекдотическая история рассказывает о том, как Оппенгеймер читал лекцию по квантовой механике. В середине сложного объяснения он остановился и процитировал из стихотворения Бодлера “Путешествие”, говоря: “Нет ничего другого, знаете ли, кроме мечты”. По мере того как мы продолжаем делать шаги вперед в области квантовых вычислений и мечтаем о их потенциале, нам было бы полезно вспомнить историю Оппенгеймера и уроки, которые она дает о этических, общественных и политических аспектах научного прогресса.
Leave a Reply