משרד המלחמה
DOW-UAP-D150, AAWSAP DIRD, מחשוב קוונטי ושימוש במולקולות אורגניות בטכנולוגיית אוטומציה, דצמבר 2010
DOW-UAP-D150_AAWSAP-DIRD-Quantum-Computing-and-Utilizing-Organic-Molecules-in-Automation-Technology-December-10-2010.pdf
תצוגות מהעמודים הראשונים של המסמך · בקובץ אין תמונה / רישום / קטע עיתונות.
// אין תצוגות מקדימות
הקובץ אינו מכיל תוכן ויזואלי שזוהה (תמונה / קליפינג / רישום). תוכן המסמך זמין דרך ה-OCR למטה ובהורדת המקור.
// הערת המראה
// מה תמצאו כאן?
// תקציר רשמי
מסמך זה הוא מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (DIRD), פורמט עזר טכני שבו השתמשה סוכנות המודיעין הביטחוני (DIA) כדי לתעד ידע בסיסי בנושא מסוים לשימוש אנליטי עתידי. מוטב להבין מסמכי DIRD כתוצרי עזר וסינתזה ולא כמחקר מקורי. זהו אחד מ-38 מסמכי DIRD שהופקו במסגרת תוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSAP) בין 2009 ל-2011. מאחר שהיקפה של AAWSAP התיר מגוון רחב של נושאים תומכים, לא כל מסמך DIRD בסדרה עוסק ישירות במערכות תעופה וחלל או בהערכת איומים עתידיים. הסיכום שלהלן משקף את היקפו ואת מסגרתו של ה-DIRD בעת כתיבתו, ואין לקרוא אותו כמרמז על תיקוף עכשווי של הרעיונות הנדונים. DIRD זה סוקר רעיונות מחשוב מתקדמים ליישומי חלל ואוטומציה עתידיים, תוך התמקדות במחשוב קוונטי ומולקולרי (מבוסס DNA) כחלופות אפשריות לאלקטרוניקת סיליקון קונבנציונלית. הדו"ח מציג את עקרונות המחשוב הקוונטי לצד שערים לוגיים מבוססי DNA, הרכבה עצמית ומנגנוני תיקון בקנה מידה ננומטרי, וטוען כי ארכיטקטורות לא קונבנציונליות אלה עשויות בסופו של דבר להציע יתרונות בעמידות לקרינה, בחוסן פיזי ובעיבוד ייעודי על גבי פלטפורמות בחלל. הוא מציין כי המכשולים המעשיים בטווח הקרוב נותרים משמעותיים. מערכות קוונטיות עדיין תלויות בקירור קריוגני מורכב, במיגון ובאתגרי אמינות שלא נפתרו, בעוד שמחשוב מבוסס DNA נותר רעיון לעתיד הרחוק ולא חלופה ישימה למעבדים כלליים. בסך הכול, המסמך מציג את שתי המסגרות כאפשרויות ארוכות טווח שיוכלו להשלים, ולא להחליף באופן מיידי, אלקטרוניקה מוכחת המוסמכת לחלל. מסקנתו היא שהטיעונים החזקים יותר והקרובים יותר בזמן לארכיטקטורות כאלה נוגעים לתפקידים ייעודיים מאוד או היברידיים, ולא ליישומי מחשוב כלליים ובשלים לחלוטין על גבי הפלטפורמה. בוצעו השמטות כדי להגן על זהות עדי ראייה, מיקומי מתקנים ממשלתיים, או מידע פוטנציאלית רגיש על אתרים צבאיים שאינם קשורים ל-UAP. לא בוצעו השמטות בקבצים שפורסמו תחת הנחיית הנשיא טראמפ בנוגע למידע על טבעם או קיומם של מפגשים שדווחו כ-UAP או תופעות נלוות.
הצגת המקור באנגלית
// סיכום מורחב
"Quantum Computing and Utilizing Organic Molecules in Automation Technology" (מחשוב קוונטי ושימוש במולקולות אורגניות בטכנולוגיית אוטומציה) הוא מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (DIRD) בן 54 עמודים, שהוכן בחטיבת ההתרעה הטכנולוגית (DWO-4) של משרד ההתרעה הביטחונית במנהלת הניתוח של סוכנות המודיעין הביטחוני (DIA), כחלק מסדרת דוחות הטכנולוגיה המתקדמת של AAWSAP בשנת הכספים 2010. הדו"ח שואל איך אפשר לצייד חלליות עתידיות במחשבי-על על הסיפון, וסוקר שתי חלופות לאלקטרוניקת הסיליקון: מחשבים קוונטיים, ובפרט נקודות קוונטיות בגרפן, ומחשוב מולקולרי המבוסס על DNA, כולל שערים לוגיים, הרכבה עצמית ומכונות זעירות שיתקנו מעגלים פגועים. הדו"ח מסיים בתחזיות לאופקים של 10, 20 ו-40 שנה. אין בו כל אזכור של עב"מים או של תצפיות.
רקע
AAWSAP הייתה תוכנית של DIA שבמסגרתה הופקו בשנים 2009-2011 סקירות עזר טכנולוגיות מסוג DIRD. בדף השער המסמך מגדיר את עצמו כמספק "מידע עזר לא מהותי אך מוסמך" בנושאי מודיעין או מתודולוגיה, כלומר סקירה של ספרות קיימת ולא מחקר מקורי. בדף זה התוכנית נקראת AAWSA (Advanced Aerospace Weapon System Applications). שם המחבר הוחלף בכינוי "AAP Person 73", ושאלות על הדו"ח הופנו למנהל התוכנית, המופיע בכינוי "AAP Person 1", בכתובת של DIA בבניין 6000 בוושינגטון (ATTN: JUIAF - DI/DWO-3). בראש המסמך מופיעה אזהרת זכויות יוצרים האוסרת הפצה נוספת של התצלומים, והעמודים מסומנים "בלתי מסווג, לשימוש רשמי בלבד" (FOUO).
הטקסט נכתב בגוף ראשון רבים ("we") ובטון חצי-לימודי: הוא מסביר מושגי יסוד כמו מכונת טיורינג, שערי NAND ושכפול DNA "לקורא ההדיוט", ולצידם קטעים טכניים מאוד בפיזיקה של מוליכים למחצה. ההפניות הפנימיות בדו"ח מצביעות על ספרות מחקר שראתה אור עד 2010, ובשני מקומות הוא מזכיר אירועים מאמצע 2010: סדנה במטה נאס"א ב-17 ביוני 2010 וחיפוש במאגר Web of Science שנערך ב-30 ביוני 2010.
מה כתוב במסמך
תקציר ומבוא
התקציר פותח בטענה שבלי כוח עיבוד גדול על הסיפון, את כמויות הנתונים שיאספו חיישנים אסטרונומיים וחיישני צוות וכלי טיס במסע חלל יהיה צורך לשלוח לכדור הארץ לעיבוד, עם עיכובים "שנמדדים בשעות" לחישובים שגרתיים. לפי הדו"ח, מגמת הפיתוח של מוליכים למחצה מסיליקון לא צפויה להניב מחשב-על עמיד לקרינה, קטן ונייד, בלי התאמות ייעודיות משמעותיות. החלופות הן מחשבים המבוססים על מצבים קוונטיים שזורים ומחשוב מולקולרי המבוסס על DNA.
המבוא מתאר את התפתחות המושג "מחשב": במאה ה-17 מחשב היה אדם שמבצע חישובים, ולכן, בניסוח הדו"ח, המחשבים הראשונים "השתמשו בחומרה אורגנית (DNA)". אחר כך מוצגת מכונת טיורינג בארבעת חלקיה (סרט, ראש קריאה, טבלת פעולות ואוגר מצב), והעיקרון שכל רכיב שמסוגל לבצע פעולת NAND מספיק לבניית מחשב שלם. הדו"ח מבחין בין שתי דרכים להאצת חישוב, להאיץ את הארכיטקטורה הקיימת או לתכנן ארכיטקטורה חדשה שפותרת בעיה בפחות צעדים, ומצהיר שהוא עוסק בדרך השנייה.
מחשוב-על בחלל
לפי הדו"ח, בתולדות הטיסה המאוישת לא היו מחשבים חזקים: בתחנות חלל הבעיה העיקרית היא עמידות לקרינה, ובמעבורת החלל הבעיה היא בטיחות, ותהליך ההסמכה הארוך מונע ממעבדים חדשים להגיע לחלל. "המחשבים הכלליים החזקים ביותר במעבורת", נכתב, "הם המחשבים הניידים שהאסטרונאוטים מביאים איתם". חלופה להקשחת רכיבים נגד קרינה היא שימוש ברכיבי מדף מסחריים (COTS) רבים במקביל, גישה שקבוצתו של ג'ורג' (George) מאוניברסיטת פלורידה פיתחה בהצלחה על הקרקע. הדו"ח מציין שנאס"א ביטלה ניסוי חלל של הטכנולוגיה בסוף 2009.
הטיעון בעד מחשבי-על עתידיים נשען על עיכובי התקשורת במסעות ארוכים: כ-13 דקות למאדים, כ-45 דקות לצדק וכ-4 שעות לנפטון. דוגמה למשימה כזאת היא מיפוי מאדים באמצעות אלפי חיישנים חצי-אוטונומיים או מיליוני ננו-מכונות אלחוטיות ("magic dust").
גבולות הסיליקון והאנלוגיה ללייזר
הדו"ח סוקר את התפתחות הטרנזיסטור המהיר: משפחת ECL, ששלטה בחישוב המהיר עד תחילת שנות ה-90 אך צרכה זרם גבוה, ובעקבותיה טכנולוגיית CMOS. לפי המסמך, אינטל מייצרת מעגלים ברזולוציה של 32 ננומטר והדגימה רכיבי זיכרון ב-22 ננומטר, בעוד שקוטר האטום הוא 0.1-0.5 ננומטר (סיליקון כ-0.2), כלומר הפער הוא פי 100 בלבד. בקנה מידה "מזוסקופי" השפעות קוונטיות הופכות לרעש, ובמעגל של אטומים ספורים הן כבר שולטות בהתנהגות. הדו"ח צופה, על פי חוק מור, שבתוך פחות מעשר שנים רכיבי המעגל יהיו קטנים מ-5 על 5 מולקולות.
כדי להסביר מה מחשב קוונטי יכול לתת, הדו"ח משתמש באנלוגיה ללייזר: הלייזר אינו "טוב יותר" מנורת ליבון, הוא פשוט שונה, ואפשר לקרוא ספר באור לייזר אבל נורה רגילה תאיר את הדף טוב יותר. באותו אופן, מחשבים קוונטיים לא יחליפו את המחשוב הרגיל בכל משימה, אלא יאפשרו משימות שלא ניתן לבצע בדרך אחרת.
יישומים ועקרונות של מחשוב קוונטי
היישום המניע, לפי הדו"ח, הוא קריפטוגרפיה. הוא מסביר את הצפנת המפתח הציבורי, את האלגוריתם של שור (Shor) מ-1994 לפירוק לגורמים בזמן פולינומי, ואת החיפוש הקוונטי שמקטין את מספר הבדיקות הנדרש במאגר בגודל N לשורש של N. היישום השני הוא תקשורת קוונטית, שמוסברת בעזרת הדמויות המסורתיות בוב ואליס (ובמקרה של כוונה זדונית "צ'אק"): כל הפרעה בקו תהרוס את השזירה, והמידע יאבד במקום להיות מיורט. היישומים הנוספים הם מטרולוגיה קוונטית (מדידת זמן ומרחק בדיוק קיצוני) והדמיה של מערכות קוונטיות.
בהמשך מוסברים חמשת התנאים לבניית מחשב קוונטי:
- "הקופסה הסגורה": כל השפעה חיצונית הורסת את המצב הקוונטי (דה-קוהרנטיות), ולכן המעגל צריך להיות מבודד. הדו"ח מגדיר שלושה קבועי זמן, T2*, T1 ו-T2, בדומה לתהודה מגנטית גרעינית (NMR).
- סבילות לתקלות: הדו"ח משווה תיקון שגיאות קוונטי למערך דיסקים עם דיסק זוגיות (בדומה ל-RAID), ומציג דוגמה שבה נסבלים 33% שגיאות, לעומת כ-3% במערכות מעשיות. התנאי הוא מדידה שאינה הורסת את המצב (QND).
- יכולת הרחבה (scalability): האם קיוביטים בודדים אפשר לחבר למעגלים גדולים במחיר סביר. מרחב המצבים גדל, בלשון הדו"ח, "לממדים בוניאניים" (על שם פול באניאן מהפולקלור האמריקני).
- לוגיקה אוניברסלית: גישה לכל מרחב הילברט בעזרת מספר סופי של פעולות. הדו"ח מזכיר גם מחשוב אדיאבטי ומחשוב "מצב-אשכול" (cluster-state), ששניהם הוכחו כשקולים למעגלי שערים.
- אתחול ומדידה של המצב תוך שמירה על בידוד.
נקודות קוונטיות בגרפן
זהו החלק הטכני הארוך ביותר בדו"ח. נקודות קוונטיות מתוארות כ"איים זעירים" בתוך סריג מוצק, מעין "אטומים מלאכותיים", שבהם אפשר לשלוט באלקטרון בודד ובספין שלו (התחום נקרא ספינטרוניקה). הדו"ח מסביר שבנקודות מגליום ארסניד (GaAs) הדה-קוהרנטיות נגרמת בין השאר מאינטראקציה עם הספינים הגרעיניים של החומר. פחמן מתאים יותר, כי לאיזוטופ 12C אין ספין גרעיני ורק כ-1% מהפחמן בטבע הוא 13C. אפשר גם לייצר גרפן מועשר ב-12C.
הקשיים בגרפן הם היעדר פער אנרגיה (מה שגורם ל"מנהור קליין" ומקשה על כליאת אלקטרונים) וניוון ה"עמקים". הדו"ח סוקר שלוש ארכיטקטורות: סרטי גרפן (nanoribbons) עם שוליים מסוג armchair, שהוצעו לראשונה בידי נקאדה (Nakada) ועמיתיו ב-1996; דיסקה בגרפן חד-שכבתי, שבו נושאי המטען מתנהגים כחלקיקים יחסותיים חסרי מסה; ודיסקה בגרפן דו-שכבתי, שבו מתח בין השכבות פותח פער אנרגיה שאפשר לכוונן.
הדו"ח מציין שגורם ה-g של האלקטרון בגרפן קרוב ל-2, לעומת פחות מ-0.43 ב-GaAs, ולכן אפשר לסובב ספין בגרפן "בערך פי חמישה מהר יותר" באותו שדה. בסרט ברוחב של כ-30 ננומטר פער האנרגיה מוערך בכ-60 מילי-אלקטרון-וולט. מנהור קליין מאפשר לצמד קיוביטים רחוקים בלי לגעת בקיוביטים שביניהם, תכונה שהדו"ח מכנה "פסנתר קיוביטים". עוד מוזכר ניסוי של חוקרים מאוניברסיטת פרינסטון ששלטו באלקטרון בודד בעזרת פולסי מתח מקומיים ולא בקרינת מיקרוגל, על סקאלה של ננו-שניות. הדו"ח מסכם שפעולה דו-קיוביטית מהירה (כ-200 פיקו-שניות) כבר הודגמה, אבל פעולות חד-קיוביטיות מהירות באותה מערכת עדיין אתגר, והשלב הבא צפוי להיות גרפן דו-שכבתי. המשפט החותם את הפרק קובע שגרפן, יחד עם חומרים פחמניים אחרים כמו DNA בהרכבה עצמית, עשוי להוביל לפיתוח מהפכני במחשוב קוונטי.
טכנולוגיות קוונטיות אחרות
לשם השלמה הדו"ח מסכם סקירה של לאד (Ladd) ועמיתיו ושל האפנר (Haffner):
- פוטונים: אינם דורשים ואקום או קירור עמוק, והמכשול העיקרי הוא אובדן פוטונים במוליכי גלים. שערים קוונטיים פוטוניים הם כיום בגודל של סנטימטרים. לפי חיפוש ב-Web of Science, בשנת 2009 פורסמו יותר מאמרים על "photon computing" מאשר ב-2007 וב-2008 יחד.
- מלכודות יונים ואטומים: לאד רואה בהן את המועמד הסביר ביותר. האפנר קובע שאין מחסום עקרוני להרחבתן, והן יתקדמו "באבולוציה ולא במהפכה".
- NMR: הודגמה אחסנה של עד תריסר קיוביטים בנוזל, אך לפי לאד הטכנולוגיה טובה בעיקר לפיתוח אלגוריתמים ומעשית פחות.
- מוליכות-על: זמני הקוהרנטיות מוגבלים לכמה מיקרו-שניות והרכיבים פועלים בעשרות מילי-קלווין בלבד. צומתי ג'וזפסון עשויים לשמש במערכות משולבות.
DNA כחומר בנייה למחשבים
החלק השני של הדו"ח פותח בהשוואה בין המכונות המולקולריות בתא, שמעבדות DNA ו-RNA, לבין מכונת טיורינג: שתיהן קוראות מחרוזת סמלים מאלפבית קבוע וזזות לאורכה צעד אחר צעד. הדו"ח סוקר את ההיסטוריה (ווטסון וקריק, שיטת הריצוף של סנגר מ-1977, PCR) ומציג רשימה ממוספרת של שמונה עקרונות "לקורא ההדיוט": מבנה הסליל הכפול, ארבעת הבסיסים וזיווג A-T ו-G-C, קשיחות המולקולה, היכולת להזמין רצפים מותאמים של 100-200 זוגות בסיסים, אנזימי חיתוך שמשאירים "קצוות דביקים", הרכבה עצמית בתמיסה, ותהליך החלפת גדילים (strand displacement). בהערת שוליים מוסבר שזיווגים שגויים, שבגנום האנושי הם חלק משונות טבעית (SNP), נחשבים כאן שגיאות שצריך לתקן.
בהמשך מתוארת עבודתו של אריק וינפרי (Winfree), שהציע ב-1996 את מודל הרכבת האריחים המופשט (aTAM), על בסיס "אריחי וואנג" (Wang), שמראה שהרכבה עצמית דו-ממדית של DNA יכולה לבצע חישוב אוניברסלי. שיתוף פעולה בין וינפרי לסימן (Seeman) הניב את הסריג הדו-ממדי הראשון ממולקולות DX (double crossover). דוגמה מוצגת היא סט של ארבעה אריחים שמממש פעולת XOR ומגדל דפוס של משולש שרפינסקי, שתמונות במיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) שלו מובאות בדו"ח.
שגיאות בהרכבה עצמית וכלים לתיקונן
הדו"ח מסביר שאי אפשר להבטיח התאמה מושלמת בין אריחים, ושמספר השגיאות גדל עם מספר סוגי האריחים. הוא ממיין שלושה סוגי שגיאות: שגיאת צמיחה, שגיאת פאה (facet) ושגיאת התגרענות. שיטות התיקון שנסקרות הן מודל "הגהת האריחים" של וינפרי ובקבולטוב (Bekbolatov), שבו כל אריח מוחלף בגוש של 2 על 2; מודל האריחים הקומפקטי של רייף (Reif); ושני המנגנונים של פוג'יבאיאשי (Fujibayashi) ומורטה (Murata), PTM ו-LTM, שבהם "גדיל הגנה" מכסה את צד הקלט של האריח. לפי הדו"ח, סימולציית מונטה קרלו הראתה שמנגנונים אלה מדכאים את שלושת סוגי השגיאות, כולל שגיאות התגרענות.
עוד מתואר מכשיר מיקרו-זרימה (microfluidic) שפותח בידי חוקרים בטוקיו: במקום לערבב את כל האריחים במבחנה אחת, הם מוזרמים בשלבים לתא תגובה שבו מעוגנים גדילי DNA, וריכוזם נשמר קבוע.
פרק "אוריגמי DNA" מתאר את שיטת הקיפול של רותמונד (Rothemund; ב-OCR "Ruthemond"), שבה גדיל ארוך מקופל לצורה רצויה בעזרת גדילי עזר. לפי הדו"ח, כל צורה משתמשת בגדיל של 7,000 בסיסים ויותר מ-200 גדילי עזר, התפוקה עולה על 70%, ו-50 מיליארד עותקים נוצרים בבת אחת. המסקנה, בלשון הדו"ח: לראשונה אפשר להרכיב מבנים "שגודלם ומורכבותם מתחרים במכונות המורכבות ביותר של הטבע", בגודל של הריבוזום.
שערים לוגיים ומשחק איקס-עיגול
הדו"ח מציג שתי דרישות מכל רכיב לוגי מבוסס DNA: לשלב כמה קלטים לפלט אחד, ולהיות ניתן לחיבור עם רכיבים אחרים למעגלים מורכבים. מוזכרת עבודה של סימן ועמיתיו מאוניברסיטת ניו יורק על שער XOR מ-DNA, ושערים מבוססי דאוקסיריבוזימים (אנזימים מ-DNA שחותכים גדילים אחרים), כולל שערי NOT, AND, ANDNOT ו-ANDANDNOT. המטרה הקרובה, לפי הדו"ח, היא מכונות זעירות שיפעלו בגוף חי, יחושו בתנאים ויגיבו, למשל בשחרור תרופה.
הדוגמה הבולטת היא MAYA, אוטומט בוליאני מ-DNA שמשחק איקס-עיגול נגד אדם. הגרסה הראשונה תמיד פותחת במשבצת המרכזית, והמהלך הראשון של האדם מוגבל לפינה או לצלע. לפי הדו"ח, המשחק תורגם לנוסחאות בוליאניות שמומשו ב-23 שערים, והאוטומט "לא נותן לאדם שום סיכוי לנצח". בתיאור התרשים נזכרים 32 קלטים שמפעיל השחקן, 97 שערים בתשעה תאים שמחשבים את מהלכי האוטומט ו-32 שערים שמציגים את מהלכי האדם בפלט פלואורסצנטי דו-צבעי. הדו"ח מציין שהמנגנון פשוט, אך ביצע חישובים בוליאניים ללא שגיאה.
רובוטים, מנועים והולכים מ-DNA
החלק האחרון עוסק ב"רובוט DNA", שצריך לשלב שלוש יכולות: חישה, עיבוד מידע ותנועה. מתואר צוות מאוניברסיטאות קולומביה, אריזונה, מישיגן ו-Caltech שתכנת "רובוט" מולקולרי שמתחיל, נע, פונה ועוצר לאורך מסלול על גבי אוריגמי DNA, לפי סימנים שהוצבו בו כמו "פירורי לחם".
בתולדות מנועי ה-DNA הדו"ח מונה מכשיר שיוצר תנועת פיתול לפי מליחות התמיסה, "פינצטה" מולקולרית שמונעת בגדילי "דלק" ו"אנטי-דלק", והולכים של סימן ופירס (Pierce) שכל צעד שלהם מופעל בנפרד. הוא מתאר גם מנוע שפותח באוניברסיטת פלורידה ופועל באור בלבד: מולקולה אחת של DNA באורך 31 זוגות בסיסים בלבד, שנפתחת כמו פינצטה באור אולטרה-סגול ונסגרת באור נראה, בלי לייצר פסולת.
שתי גרסאות של "הולך ננו" מוצגות בסוף. בגרסה של גו (Gu), הולכים נעים לאורך מסלול מוגדר ואוספים אטומי זהב, ולפי כיתוב התמונה כל אחד יכול לבצע עד 50 צעדים. הדו"ח מציע שמכשיר כזה יוכל לאסוף דגימות מפני שטח של אסטרואידים או כוכבי לכת. בגרסה של סטויאנוביץ' (Stojanovic), "עכביש" עם 2-6 רגליים מדאוקסיריבוזימים, שהעלה את מספר החיתוכים ברצף מספרות בודדות לכמה אלפים. הדו"ח מסכם שהולך כזה יוכל לתקן מכונות מבוססות DNA, כולל מחשבי DNA, בזמן הרכבתן או אחרי שנפגעו, למשל, מקרינה קוסמית.
דיון ומסקנה
פרק הדיון חוזר כמעט מילה במילה על התחזיות שבתקציר:
- בתוך 10 שנים יפעלו המחשבים הקוונטיים הראשונים שיפתרו בעיות אמיתיות, והם יתבססו על מלכודות יונים. הם ידרשו קירור ומיגון כבדים ולכן לא יתאימו לחלל.
- התקדמות משבשת בטכנולוגיה פוטונית צפויה בתוך 10 שנים, ומחשבים אופטיים בתוך 20 שנה. באופק של 40 שנה מערכות אופטיות, שעמידות לקרינה יותר ממוליכים למחצה, עשויות להשלים או להחליף מחשבים כלליים בחלל.
- באופק של 40 שנה, מערכים של נקודות קוונטיות עם ערוצי תקשורת פוטוניים יהיו אפשרות למחשבי-על בחלל. הם יפעלו בטמפרטורות ברות השגה, ללא קירור קריוגני, ו"לא ידרשו יותר מיגון מבני אדם".
- מחשוב אורגני פשוט מאריחי DNA יתממש בתוך 20 שנה. באופק של 40 שנה התקני DNA יהיו "כלים חיוניים" לחקר החלל, למשל חיישנים אלחוטיים שיוטלו ממסלול ויחפשו מים, ומחשבי DNA יתממשו גם הם. בלשון הדו"ח, "הם לא יהיו המערכות המהירות ביותר בארסנל החלל, אבל ייתכן שיהיו העמידות ביותר".
המסקנה מוסיפה שבאופק של 10-20 שנה מחשבים אופטיים ומחשבי DNA ייוצרו בהיקף קטן אך עדיין לא יהיו מוכנים לחלל, ומונה ארבע התקדמויות צפויות באופק של 40 שנה, ובהן מחשבי DNA סבילים לתקלות "למשימות ניתוח קריטיות".
פרטים בולטים
- הדו"ח טוען שהמחשבים הכלליים החזקים ביותר במעבורת החלל היו המחשבים הניידים של האסטרונאוטים.
- עיכובי התקשורת שמובאים כנימוק למחשבי-על בחלל: כ-13 דקות למאדים, כ-45 לצדק וכ-4 שעות לנפטון.
- לפי הדו"ח, נאס"א ביטלה בסוף 2009 ניסוי חלל של מחשוב-על מרכיבי מדף מסחריים.
- ספין של אלקטרון בגרפן אפשר לסובב בערך פי חמישה מהר יותר מאשר בגליום ארסניד, כי גורם ה-g שלו קרוב ל-2 לעומת פחות מ-0.43.
- האוטומט MAYA, העשוי DNA, משחק איקס-עיגול ולפי הדו"ח אינו מאפשר לאדם לנצח.
- בשיטת אוריגמי ה-DNA נוצרים 50 מיליארד עותקים של צורה בבת אחת, בתפוקה של יותר מ-70%.
- מנוע DNA מאוניברסיטת פלורידה עשוי מ-31 זוגות בסיסים ומונע באור בלבד.
- הדו"ח מציע להשתמש ב"הולכי ננו" לאיסוף דגימות מאסטרואידים ולתיקון מחשבי DNA שנפגעו מקרינה קוסמית.
מה לא נמצא במסמך
- אין במסמך השחרות בגוף הטקסט מלבד שמות המחבר ומנהל התוכנית, שהוחלפו בכינויים.
- כמה עמודים חסרים בטקסט הסרוק: העמודים 36-38, שבהם הוצגו תרשימים 20 ו-21 (שער לוגי מ-DNA ושילוב החיישנים) והמשך הדיון בדאוקסיריבוזימים, וכן העמודים 4, 6 ו-47. עמוד 30 מכיל תרשים בלבד. תרשים 13, שהטקסט מפנה אליו, אינו נמצא ב-OCR.
- רשימת המקורות קטועה בחלקה, וחלק מהערכים בה חסרים או מופיעים פעמיים.
- התאריך 10 בדצמבר 2010 והמיקום לאס וגאס מופיעים בתיאור באתר war.gov ולא בטקסט הסרוק. המסמך עצמו מציין רק שהוא חלק מסדרת שנת הכספים 2010.
- בתיאור הרשמי נאמר שזהו אחד מ-38 מסמכי DIRD. המספר אינו מופיע במסמך עצמו.
- הדו"ח אינו מזכיר עב"מים, תצפיות או טכנולוגיה זרה, ואינו מסביר את הקשר בין הנושא למטרות AAWSAP.
מונחים
- DIRD: מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (Defense Intelligence Reference Document), פורמט של DIA לסקירות עזר.
- קיוביט: יחידת המידע הקוונטית, המקבילה הקוונטית לביט.
- דה-קוהרנטיות: אובדן המצב הקוונטי בעקבות השפעה חיצונית או דליפה פנימית.
- ספינטרוניקה: אלקטרוניקה שמשתמשת בספין של האלקטרון ולא רק במטען שלו.
- נקודה קוונטית: אזור זעיר במוצק שבו אלקטרונים כלואים כמו באטום.
- אריח DNA: מבנה DNA קשיח עם "קצוות דביקים" שמתחבר לאריחים אחרים לפי כללי זיווג.
- דאוקסיריבוזים (DNAzyme): מולקולת DNA שמתפקדת כאנזים ומזרזת תגובה, למשל חיתוך של גדיל אחר.
// תוכן המסמך - תרגום
בלתי מסווג // לשימוש רשמי בלבד
מחשוב קוונטי וניצול מולקולות אורגניות בטכנולוגיית אוטומציה
מסמך העזר המודיעיני הביטחוני (DIRD) מספק מידע עזר סמכותי, שאינו מהותי, הנוגע לנושאים או לשיטות עבודה מודיעיניים.
הוכן על ידי:
אגף התרעה טכנולוגית (DWO-4)
משרד ההתרעה הביטחוני
מנהלת הניתוח
סוכנות המודיעין הביטחוני (DIA)
מחבר:
AAP Person 73
הערה מנהלית
אזהרת זכויות יוצרים: אין היתר להפצה נוספת של התצלומים בפרסום זה.
מוצר זה הוא אחד מסדרת דוחות טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2010 במסגרת תוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSA) של משרד ההתרעה הביטחוני בסוכנות המודיעין הביטחוני. הערות או שאלות הנוגעות למסמך זה יש להפנות אל AAP Person 1, מנהל תוכנית AAWSA, סוכנות המודיעין הביטחוני, לידי: JUIAF - DI/DWO-3, בניין 6000, וושינגטון די.סי. 20340-5100.
תוכן העניינים
עוצמת מחשוב על-מהירה ביישומי תעופה וחלל - 7
תמרון קיוביטי ספין בנקודות קוונטיות מגרפן בהשוואה ל-GaAs - 18
רלקסציית ספין ואובדן פאזה (דה-פאזינג) בנקודות קוונטיות מגרפן - 19
טכנולוגיות תהודה מגנטית גרעינית (NMR) - 22
מנגנוני דיכוי שגיאות בהרכבה עצמית של DNA - 28
הרכבה עצמית באמצעות התקנים מיקרו-זורמיים מבוססי DNA - 31
איורים
איור 3. משמאל: דיאגרמת אנרגיה לנקודה קוונטית בגרפן חד-שכבתי. מימין: מצבים קשורים…
איור 4. (a) גרף בסולם צבעים של המוליכות ההדדית. (b) אחד מקודקודי המבנה דמוי חלת הדבש ב-Vsd = 800 µV: דיאגרמות יציבות מטען לטוריים…
איור 6. מבנה התקן מינהור בגרפן דו-שכבתי - 18
איור 8. צימוד למרחק רב של שלושה קיוביטים מגרפן - 19
איור 9. ננו-מכונה מ-DNA המונעת על ידי הוספה רציפה וחוזרת של DNA בקרה…
איור 10. מולקולת DNA רקומביננטית עם חיתוך באנזים הגבלה וקצוות דביקים…
איור 11. שני ננו-מוטיבים סימטריים של DNA והגבישים שגודלו באמצעותם - 26
איור 12. (למעלה a-e) האוטומט התאי XOR ומימושו באמצעות … מבוסס אריחים…
איור 12 (המשך). (למטה a-e) תמונות AFM של הרכבה עצמית אלגוריתמית של…
איור 14. תוצאות הדמיה של גדילה ב-(A) ה-OTM, (B) ה-PTM ו-(C) ה-LTM - 30
איור 15. שלושה סוגי שגיאה בהרכבה עצמית של אריחי DNA: (a) שגיאת גדילה (b) שגיאת פאה (c) שגיאת גרעון. קווים אדומים מציינים את הצלעות שאינן תואמות - 31
איור 16. התקן מיקרו-זורמי להרכבה עצמית של אריחי DNA - 32
איור 17. (A) תרשים סכמטי של מסנתז DNA מיקרו-זורמי בן 16 עמודות…
איור 20. תכנון פונקציונלי של שער לוגי מבוסס DNA - 37
איור 22. מבני שערים בסיסיים, הנגזרים מ… אלוסטרי…
+ // המקור באנגלית
// Excerpt (first ~3,000 chars)
UNCLASSIFIED//FOR OFFICIAL USE ONLY
Quantum Computing and Utilizing Organic Molecules in
Automation Technology
The Defense Intelligence Reference Document provides non-substantive but
authoritative reference information related to intelliqence topics or methodoloqies.
Prepared by:
Technology Warning Division (DW0-4)
Defense Warning Office
Directorate for Analysis
Defense Intelligence Agency
Author:
AAP Person 73
COPYRIGHT WARNING: Further dissemination of the photographs in this publication is not authorized.
This product is one in a series of advanced technology reports produced in FY 2010 under the
Defense Intelligence Agency, Defense Warning Office's Advanced Aerospace Weapon System
Applications \AAWSA) Program. Comments or questions pertaining to this document should be
addressed to AAP Person 1
l AAWSA Program Manager, Defense Intelligence Agency,
ATTN: JUIAF - DI/DWO-3, Bldg 6000, Washington, DC 20340-5100.
1
Contents
Ultrafast Computing Power in Aerospace Applications ................................................... 7
Manipulation of Spin Qubits in Graphene Quantum Dots Relative to GaAs ........... 18
Spin Relaxation and De-phasing in Graphene Quantum Dots ............................... 19
Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Technologies ............................................... 22
Error Suppression Mechanisms in DNA Self-Assembly.......................................... 28
Self-assembly with DNA-based Microfluidic Devices ............................................ 31
2
Figures
Figure 3. Left; Energy diagram for quantum dot in single-layer graphene. Right; Bound
Figure 4. (a) Color scale plot of the transconductance. (b) One of the vertices of the
honeycomb structure at Vsd = 800 µV: Charge stability diagrams for series-
Figure 6. Bilayer graphene tunneling device structure................................................. 18
Figure 8. Long distance coupling of three graphene qubits............................................ 19
Figure 9. A DNA nanomachine driven by repeated sequential addition of DNA control
Figure 10. Recombinant DNA molecule with restriction enzyme cleavage and sticky end
Figure 11. Two symmetric DNA nanomotifs and the crystals grown using them.......... 26
Figure 12. (top a-e) The XOR Cellular Automaton and Its Implementation by Tile-Based
Figure 12 (continued). (bottom a-e) AFM Images of Algorithmic Self-assembly of
Figure 14. Simulation results of growth in (A} the OTM, (B) the PTM, and (C} the LTM.30
Figure 15. Three Types of Error in DNA Tile Self-assembly (a) Growth error (b) Facet
error (c) Nucleation error. Red lines indicate the mismatched sides.......... 31
Figure 16. Micro-fluidic device for DNA tile self-assembly............................................ 32
Figure 17. (A) Schematic diagram of a 16-column microfluidic DNA synthesizer
Figure 20. Functional design of a DNA based logic gate............................................... 37
Figure 22. Basic gate structures, derived from allostericall…
// Full OCR
// עוד ממהדורה 06