Квантовый прорыв. Эра доминирования «классических компьютеров» завершается
Эра доминирования «классических компьютеров» завершается
Окончание ХХ – начало ХХI века характеризовалось не только количественным увеличением сфер ведения военных действий и боевых операций на различных ТВД, но и качественным изменением их форм и содержания, связанных с использованием оружия на новых физических принципах.
Возникла новая сфера вооруженного противоборства – киберпространство. В нем уже сейчас идут настоящие кибервойны, приводящие к потерям вполне реальным, в том числе в живой силе, средствах военной и гражданской инфраструктуры. А чего ожидать в ближайшем будущем?
Инфраструктурные элементы, такие как центры обработки данных, телекоммуникационная аппаратура, системы беспроводной связи и т. п., являются технической основой виртуальной среды киберпространства. Применительно к Вооруженным Силам Российской Федерации можно говорить о территориально-распределенном центре обработки данных (ТрЦОД), элементы которого рассредоточены в разных частях страны. Образно говоря, это наши опорные пункты в киберпространстве.
Однако роль ТрЦОД в обеспечении обороноспособности не ограничивается пределами киберпространства. Она намного шире и затрагивает все сферы развертывания театров военных действий.
Роботы на военной службе
В ВС РФ ТрЦОД реализует (с использованием телекоммуникационной инфраструктуры) идею облачных технологий и имеет большое значение в развитии системы управления. Поэтому наращивание и поддержание возможностей ТрЦОД – важнейшее направление деятельности ВС РФ. От мощности вычислительной инфраструктуры, производительности компьютеров зависит скорость обработки оперативных данных, принятия решений и т. д.
Например, уже в недалеком будущем миссия непосредственного ведения боевых действий может быть возложена на беспилотные и роботизированные военные автономные машины. На это еще в 2013 году указывал начальник Генерального штаба ВС РФ генерал армии Валерий Герасимов.
Упрощенно говоря, военные роботы страны, имеющей превосходство в вычислительном ресурсе, будут принимать решения быстрее, действовать точнее, «работать» по большему числу целей, лучше видеть поле боя и просчитывать ходы. А значит – побеждать.
Но как этого достичь?
В 2018–2019 годах Департаментом информационных систем Министерства обороны (ДИС МО РФ) проведена большая работа по наращиванию возможностей вычислительной инфраструктуры ТрЦОД ВС РФ. Особенно это коснулось так называемых облачных вычислений – модели, предоставляющей удобный доступ к вычислительным ресурсам, которые могут быть быстро выделены пользователю.
Поясним, что облачные вычисления не являются новой технологией, а представляют собой комбинацию существовавших ранее. Среди них важное место занимают высокопроизводительные вычисления (HPC – high-performance computing).
Это технология объединения вычислительных мощностей для обеспечения более высокой производительности при решении крупных задач в технике, промышленности, науке, военном деле. Таким образом, высокопроизводительные вычисления как технология имеют двухсоставную основу – множество компьютеров и алгоритмы их объединения.
Но у всего есть пределы. Например, наращивание мощности за счет увеличения количества типовых серверов способствует скорее экстенсивному росту производительности. А интенсивный связан с применением более мощных, в том числе специализированных вычислительных комплексов.
Так, с оснащением системами суперЭВМ центральных элементов ТрЦОД и центра обработки данных военного инновационного технополиса «ЭРА» удалось существенно улучшить характеристики вычислительной инфраструктуры ВС РФ. Однако и этот путь (с суперЭВМ) имеет ограничения, которые обычно связывают с законом Гордона Мура – каждые 24 месяца технологическая норма элементной базы вычислительной техники уменьшается в два раза.
Сегодня она достигла трех – пяти нанометров и подошла к своему физическому пределу. В частности, по размеру транзистора на кристалле кремния. Дальнейшее его уменьшение невозможно в силу того, что начинают проявляться побочные эффекты, снижающие функциональные возможности интегральной схемы.
А значит, подходит к своему завершению эра доминирования так называемых классических компьютеров. Для следующего скачка в скорости вычислений необходимо освоить производство и применение элементной базы, работа которой основана на новых физических принципах.
Однако есть и другие проблемы. Как уже было отмечено (закон Мура), сегодня каждые два года вдвое увеличивается плотность транзисторов на интегральной схеме за счет уменьшения их размеров. Но экономический закон (Артура Рока) гласит, что каждые четыре года удваивается стоимость заводов, выпускающих интегральные схемы с новыми (уменьшенными) транзисторами.
Это происходит потому, что требуется оборудование, отличающееся более высокой точностью и меньшим числом ошибок по сравнению с предыдущим поколением. При этом размер рынка для каждого нового поколения интегральных схем должен также расти и быть как минимум в два раза больше существующего. Только так можно экономически оправдать расходы на новые производственные мощности. Где же выход?
Квантовый компьютер
Возможным вариантом представляются квантовые компьютеры. Для этого необходимо освоить производство и применение элементной базы, функционирование компонентов которой основано на новых физических принципах и ресурсах.
Квантовый компьютер – устройство, реализующее квантовые вычисления, под которыми понимают процедуры параллельных множественных операций, использующих специфические свойства состояний квантовых объектов. Его высокая вычислительная эффективность объясняется способностью неограниченного параллельного выполнения операций. Например, если задача заключается в вычислении всех значений некоторой функции для всех возможных значений аргумента, то ее решение осуществляется компьютером в одно действие.
Число различных прикладных задач общего характера, которые можно решать на квантовом компьютере, пока небольшое. Но с каждым днем оно увеличивается. Ученые прогнозируют в ближайшем будущем настоящий прорыв в этом направлении подобно тому, как вода, вначале перетекая через переполненную плотину, незначительно размывает лишь ее верхнюю кромку, а затем спустя время, все увеличиваясь, взламывает, раскалывает все ограждение.
Что следует ожидать от технологии квантовых компьютеров в военной области? Первые и самые очевидные последствия создания действительно работающего квантового компьютера – почти мгновенный взлом военных и инфраструктурных систем шифрования (не являющихся теоретически стойкими) противника, что в случае вооруженного конфликта дает огромное преимущество.
Скорость вычисления и обработки данных квантовыми компьютерами позволит также значительно усовершенствовать работу беспилотных и роботизированных военных автономных машин, о которых говорилось выше. Их шансы на победу на поле боя значительно возрастут. Как и в целом конкурентные преимущества страны перед противником.
Полагают, что квантовые компьютеры могут быть использованы также в проектировании новых видов оружия, материалов, конструкций и даже в разработке стратегий ведения войны.
Появление полноценного квантового компьютера прогнозируется (NIST, США) до 2025 года. Выгоды от возможной реализации квантовых вычислений в военной области очевидны. США, Китай, Канада, Япония, Израиль и страны Европы стремятся все активнее завоевать пальму первенства в данных разработках. Что касается России, то для нее это архиважная стратегическая задача по сохранению национального суверенитета и оборонной достаточности. Тот, кто опоздает, останется на обочине мировой цивилизации.
,
Окончание ХХ – начало ХХI века характеризовалось не только количественным увеличением сфер ведения военных действий и боевых операций на различных ТВД, но и качественным изменением их форм и содержания, связанных с использованием оружия на новых физических принципах.
Возникла новая сфера вооруженного противоборства – киберпространство. В нем уже сейчас идут настоящие кибервойны, приводящие к потерям вполне реальным, в том числе в живой силе, средствах военной и гражданской инфраструктуры. А чего ожидать в ближайшем будущем?
Инфраструктурные элементы, такие как центры обработки данных, телекоммуникационная аппаратура, системы беспроводной связи и т. п., являются технической основой виртуальной среды киберпространства. Применительно к Вооруженным Силам Российской Федерации можно говорить о территориально-распределенном центре обработки данных (ТрЦОД), элементы которого рассредоточены в разных частях страны. Образно говоря, это наши опорные пункты в киберпространстве.
Однако роль ТрЦОД в обеспечении обороноспособности не ограничивается пределами киберпространства. Она намного шире и затрагивает все сферы развертывания театров военных действий.
Роботы на военной службе
В ВС РФ ТрЦОД реализует (с использованием телекоммуникационной инфраструктуры) идею облачных технологий и имеет большое значение в развитии системы управления. Поэтому наращивание и поддержание возможностей ТрЦОД – важнейшее направление деятельности ВС РФ. От мощности вычислительной инфраструктуры, производительности компьютеров зависит скорость обработки оперативных данных, принятия решений и т. д.
Например, уже в недалеком будущем миссия непосредственного ведения боевых действий может быть возложена на беспилотные и роботизированные военные автономные машины. На это еще в 2013 году указывал начальник Генерального штаба ВС РФ генерал армии Валерий Герасимов.
Упрощенно говоря, военные роботы страны, имеющей превосходство в вычислительном ресурсе, будут принимать решения быстрее, действовать точнее, «работать» по большему числу целей, лучше видеть поле боя и просчитывать ходы. А значит – побеждать.
Но как этого достичь?
В 2018–2019 годах Департаментом информационных систем Министерства обороны (ДИС МО РФ) проведена большая работа по наращиванию возможностей вычислительной инфраструктуры ТрЦОД ВС РФ. Особенно это коснулось так называемых облачных вычислений – модели, предоставляющей удобный доступ к вычислительным ресурсам, которые могут быть быстро выделены пользователю.
Поясним, что облачные вычисления не являются новой технологией, а представляют собой комбинацию существовавших ранее. Среди них важное место занимают высокопроизводительные вычисления (HPC – high-performance computing).
Это технология объединения вычислительных мощностей для обеспечения более высокой производительности при решении крупных задач в технике, промышленности, науке, военном деле. Таким образом, высокопроизводительные вычисления как технология имеют двухсоставную основу – множество компьютеров и алгоритмы их объединения.
Но у всего есть пределы. Например, наращивание мощности за счет увеличения количества типовых серверов способствует скорее экстенсивному росту производительности. А интенсивный связан с применением более мощных, в том числе специализированных вычислительных комплексов.
Так, с оснащением системами суперЭВМ центральных элементов ТрЦОД и центра обработки данных военного инновационного технополиса «ЭРА» удалось существенно улучшить характеристики вычислительной инфраструктуры ВС РФ. Однако и этот путь (с суперЭВМ) имеет ограничения, которые обычно связывают с законом Гордона Мура – каждые 24 месяца технологическая норма элементной базы вычислительной техники уменьшается в два раза.
Сегодня она достигла трех – пяти нанометров и подошла к своему физическому пределу. В частности, по размеру транзистора на кристалле кремния. Дальнейшее его уменьшение невозможно в силу того, что начинают проявляться побочные эффекты, снижающие функциональные возможности интегральной схемы.
А значит, подходит к своему завершению эра доминирования так называемых классических компьютеров. Для следующего скачка в скорости вычислений необходимо освоить производство и применение элементной базы, работа которой основана на новых физических принципах.
Однако есть и другие проблемы. Как уже было отмечено (закон Мура), сегодня каждые два года вдвое увеличивается плотность транзисторов на интегральной схеме за счет уменьшения их размеров. Но экономический закон (Артура Рока) гласит, что каждые четыре года удваивается стоимость заводов, выпускающих интегральные схемы с новыми (уменьшенными) транзисторами.
Это происходит потому, что требуется оборудование, отличающееся более высокой точностью и меньшим числом ошибок по сравнению с предыдущим поколением. При этом размер рынка для каждого нового поколения интегральных схем должен также расти и быть как минимум в два раза больше существующего. Только так можно экономически оправдать расходы на новые производственные мощности. Где же выход?
Квантовый компьютер
Возможным вариантом представляются квантовые компьютеры. Для этого необходимо освоить производство и применение элементной базы, функционирование компонентов которой основано на новых физических принципах и ресурсах.
Квантовый компьютер – устройство, реализующее квантовые вычисления, под которыми понимают процедуры параллельных множественных операций, использующих специфические свойства состояний квантовых объектов. Его высокая вычислительная эффективность объясняется способностью неограниченного параллельного выполнения операций. Например, если задача заключается в вычислении всех значений некоторой функции для всех возможных значений аргумента, то ее решение осуществляется компьютером в одно действие.
Число различных прикладных задач общего характера, которые можно решать на квантовом компьютере, пока небольшое. Но с каждым днем оно увеличивается. Ученые прогнозируют в ближайшем будущем настоящий прорыв в этом направлении подобно тому, как вода, вначале перетекая через переполненную плотину, незначительно размывает лишь ее верхнюю кромку, а затем спустя время, все увеличиваясь, взламывает, раскалывает все ограждение.
Что следует ожидать от технологии квантовых компьютеров в военной области? Первые и самые очевидные последствия создания действительно работающего квантового компьютера – почти мгновенный взлом военных и инфраструктурных систем шифрования (не являющихся теоретически стойкими) противника, что в случае вооруженного конфликта дает огромное преимущество.
Скорость вычисления и обработки данных квантовыми компьютерами позволит также значительно усовершенствовать работу беспилотных и роботизированных военных автономных машин, о которых говорилось выше. Их шансы на победу на поле боя значительно возрастут. Как и в целом конкурентные преимущества страны перед противником.
Полагают, что квантовые компьютеры могут быть использованы также в проектировании новых видов оружия, материалов, конструкций и даже в разработке стратегий ведения войны.
Появление полноценного квантового компьютера прогнозируется (NIST, США) до 2025 года. Выгоды от возможной реализации квантовых вычислений в военной области очевидны. США, Китай, Канада, Япония, Израиль и страны Европы стремятся все активнее завоевать пальму первенства в данных разработках. Что касается России, то для нее это архиважная стратегическая задача по сохранению национального суверенитета и оборонной достаточности. Тот, кто опоздает, останется на обочине мировой цивилизации.
,
