Singapore tutkii kvanttilaskennan käyttöä puolustuksen suunnittelussa ja logistiikassa

DIS:n ja DSTA:n insinöörien on määrä työskennellä suoraan IBM:n asiantuntijoiden kanssa. He kehittävät ja arvioivat kvanttioptimointimenetelmiä edustavaan operaatioiden suunnitteluongelmaan. Käytännön työ on tärkeää, sillä hankkeessa ei mitata vain yhden algoritmin suorituskykyä, vaan rakennetaan myös Singaporen omaa kykyä ymmärtää, soveltaa ja arvioida kvanttiteknologiaa.

Miksi juuri optimointi kiinnostaa?

Reititys- ja aikataulutusongelmat vaikeutuvat nopeasti, kun ajoneuvojen, määränpäiden, määräaikojen ja rajoitteiden määrä kasvaa. Kyse ei ole vain jonkin toimivan suunnitelman löytämisestä, vaan mahdollisimman hyvän ratkaisun etsimisestä tilanteessa, jossa nopeus, polttoaineenkulutus, kapasiteetti ja riskeille altistuminen voivat olla keskenään ristiriidassa.

Kvanttilaskentaa tutkitaan, koska jotkin kvanttialgoritmit saattavat tulevaisuudessa soveltua tällaisiin yhdistelyä ja optimointia vaativiin ongelmiin. Samanlaista kiinnostusta on nähty esimerkiksi rahoituksen riskimallinnuksessa, johdannaisten hinnoittelussa ja muissa tehtävissä, joissa vaihtoehtojen määrä kasvaa nopeasti.

Kvanttitietokone ei kuitenkaan käy automaattisesti läpi kaikkia mahdollisia reittejä ja palauta täydellistä vastausta. Nykyiset laitteet ovat rajoittuneita ja alttiita virheille, ja mahdollinen hyöty on osoitettava vertaamalla niitä vahvoihin klassisiin optimointimenetelmiin toistettavissa, puolustuksen kannalta merkityksellisissä testeissä.

Lähitulevaisuudessa todennäköisin malli onkin perinteisen ja kvanttilaskennan yhdistelmä. Klassinen tietokone voisi esimerkiksi valmistella ongelman, ohjata laskentaa ja arvioida tuloksia, kun taas kvanttijärjestelmää käytettäisiin vain tiettyyn optimointivaiheeseen. Koko nykyisen suunnitteluinfrastruktuurin korvaamisesta ei ole kyse.

Osaamisen rakentaminen on yhtä tärkeää kuin tulos

IBM-yhteistyö antaa Singaporen puolustusinsinööreille pääsyn kvanttilaskentaresursseihin ja asiantuntijatukeen. Samalla he oppivat, miten todellinen ongelma muotoillaan kvanttilaitteiston käsiteltäväksi ja miten tuloksia verrataan perinteisiin menetelmiin. Tämä voi myöhemmin auttaa rakentamaan tarvittavaa ohjelmisto-, data- ja arviointiosaamista, jos laitteisto ja algoritmit kehittyvät odotetusti.

Singapore kehittää kvanttikyvykkyyttä myös puolustuksen ulkopuolella. Tutkimuksessa ja kokeiluissa tarkastellaan mahdollisia sovelluksia esimerkiksi satamien logistiikassa ja pankkisektorilla. Niihin kuuluvat konttien sijoittelun optimointi, petosten havaitseminen, tietoturva ja johdannaisten hinnoittelu. Kyseiset käyttötavat ovat edelleen tutkimus- tai kokeiluvaiheessa, eivät osoitus siitä, että kvanttitietokoneet olisivat jo syrjäyttäneet klassiset menetelmät Singaporessa.

Kvanttilaskenta on myös kyberturvallisuusriski

Kvanttilaskenta liittyy kansalliseen turvallisuuteen toisellakin tavalla. Riittävän tehokas tulevaisuuden kvanttitietokone voisi murtaa osan nykyisestä julkisen avaimen salauksesta, jota käytetään viestinnän ja datan suojaamiseen. Siksi suojautumista on valmisteltava jo ennen kuin laajamittaiset kvanttitietokoneet ovat käytettävissä.

Singaporen rahoitusvalvoja Monetary Authority of Singapore (MAS) on ilmoittanut tavoittelevansa sitä, että rahoituslaitokset saavuttavat kvanttiresilienssin ennen vuosikymmenen loppua. Tavoite korostaa sitä, että siirtyminen kvantinkestävään salaukseen on aloitettava hyvissä ajoin eikä vasta silloin, kun uhka on muuttunut akuutiksi.

Mitä hankkeelta kannattaa odottaa?

Merkittävä läpimurto ei olisi se, että kvanttiprosessori ratkaisee pienen optimointiesimerkin. Olennaisempaa olisi osoittaa, että kvantti- tai hybridimenetelmä pystyy ratkaisemaan realistisen suunnitteluongelman riittävän laadukkaasti, nopeasti, luotettavasti ja turvallisesti – ja vielä paremmin kuin paras saatavilla oleva perinteinen vaihtoehto.

Singaporen ja IBM:n hankkeen välitön arvo on siksi järjestelmällisessä kokeilussa. Se auttaa tunnistamaan puolustuksen ongelmia, joissa kvanttimenetelmistä voisi olla hyötyä, testaamaan niitä teknologian ollessa vielä keskeneräinen ja kouluttamaan asiantuntijoita, jotka pystyvät arvioimaan tuloksia kriittisesti.

Kvanttiteknologian pitkän aikavälin hyöty on yhä epävarma. Singapore rakentaa kuitenkin valmiuksia ajoissa – ilman, että se väittää kvanttilaskennan mullistaneen sotilassuunnittelun jo tänään.