О квантовых компьютерах нередко пишут как о технологии, которая в перспективе может вытеснить привычные нам компьютеры. И хотя сейчас такие устройства могут быть полезны только в узком спектре направлений, они быстро прогрессируют и в будущем могут существенно повлиять на развитие науки и общества.
research.ibm.com
Квантовые компьютеры – технологии с колоссальным потенциалом и шансами вскоре тысячекратно превзойти классические компьютеры. В теории квантовый вычислитель может за 10 секунд решить задачу по разложению больших чисел на простые множители, в то время как у обычной машины на эту операцию уйдёт порядка триллиона лет. Но насколько оправдан такой ажиотаж вокруг квантовых разработок? Каковы возможности квантовых чипов и могут ли они действительно заменить привычные нам процессоры, или эта технология будет свёрнута уже через несколько лет?
Пока обычные процессоры последовательно перебирают каждый вариант, квантовые вычисляют различные сценарии параллельно. Соответственно, чем мощнее устройство, тем более сложные операции, недоступные существующим суперкомпьютерам, он может осуществлять.
Среди производителей квантовых компьютеров передовой считается компания IBM. Согласно её стратегии, после 2026 года будут представлены процессоры с количеством кубитов (аналогом битов в классических компьютерах) от 10 до 100 тысяч. Однако предположение, что именно тогда и начнется переход от классических компьютеров к квантовым, как минимум преждевременно.
Конкурентоспособность квантовых компьютеров зависит далеко не от количества кубитов. Как отмечают эксперты, если компания сделала один кубит, то масштабировать систему – не такая сложная задача. Гораздо труднее сделать работу процессора стабильной. Ключевая проблема в этой области – хрупкость квантового состояния и его подверженность влиянию внешней среды. При любом внешнем отклонении, будь то вибрации, изменение магнитного поля или окружающей температуры, состояние разрушается.
Время, в течение которого квантовая система «живёт» и сохраняет свои свойства критически важно и напрямую влияет на скорость вычислений. Например, у IBM сейчас оно составляет порядка 100 микросекунд. Причём этот результат компания практически не улучшила с выпуска своего первого чипа в 2019 году.
Из-за внешнего воздействия также возникает значительное количество ошибок в итогах квантовых операций. При этом с ростом количества кубитов вероятность появления ошибок закономерно возрастает. Именно поэтому лидерами в квантовой гонке станут не победители по количеству кубитов, а те, кто раньше создаст наиболее эффективную технологию борьбы с ошибками и те, чьи устройства будут работать в стандартных условиях.
Кроме того, алгоритмы, на которых квантовые компьютеры сейчас показывают превосходство, далеки от практических сценариев. Они изначально подбираются под задачи демонстрации.
Отказываться от классических чипов в пользу новой технологии пока преждевременно. В повседневных задачах, таких как работа с документами или браузинг, квантовые процессоры не нужны. В результате многие эксперты прогнозируют неизбежное наступление «квантовой зимы». Так называют ситуацию, когда инвесторы увидят, что квантовые компьютеры в действительности не так перспективны, как считалось, и резко сократят вложения. Однако такую позицию можно считать крайностью, которая едва ли воплотится в действительность.
Квантовые компьютеры в ближайшие десятилетия вряд ли заменят классические, но бесполезными и бесперспективными их считать тоже нельзя. Объёмы инвестиций в квантовые технологии с каждым годом растут, национальные программы в этой сфере запускает всё больше и больше стран. Только Китай планирует вложить в развитие квантовых технологий более 15 млрд долларов США. В эти разработки инвестируют и крупнейшие банки США, такие как Goldman Sachs, JPMorgan, Wells Fargo.
Одним из наиболее перспективных направлений, которое позволит найти практическое применение квантовым системам, может стать создание кванто-центричных суперкомпьютеров. Такие системы будут представлять собой совмещение в едином устройстве квантовых и классических процессоров, где каждый чип будет решать специфичные для него задачи. IBM планирует выпустить первый такой компьютер уже в 2023 году.
При этом уже сейчас квантовые машины применяются для решения отдельных индустриальных задач, которые в большинстве случаев сводятся к оптимизации или моделированию. Такие процессоры сегодня могут рассчитывать химические взаимодействия, генетические изменения, моделировать молекулы и решать логистические задачи. Квантовые вычисления активно пилотируются в финансовой сфере, прежде всего для оптимизации инвестиционных портфелей, а также при разработке систем поддержки принятия решений.
Сейчас квантовые разработки по-прежнему находятся на начальном этапе своего развития, и у них есть существенный потенциал для роста. Когда разработчики решат «детские» проблемы таких чипов, они смогут занять своё достойное место в мировых технологиях и сыграют заметную роль в развитии науки и общества.
