Квантовый компьютер: еще не завтра

Ректор Университета Иннополис Александр Тормасов — о том, что отделяет нас от следующей революции в IT-индустрии

Недавно в российских СМИ в очередной раз обсуждали квантовые технологии — после того как ученые объявили о создании самого мощного в мире квантового компьютера. Раньше эта новость заинтересовала бы только ученых и инженеров, но сегодня интерес к подобным системам стал массовым.

Ученые со страниц новостных изданий обещают, что эти технологии помогут найти лекарство от рака и справятся с задачами, на которые классические компьютеры потратили бы миллионы лет. Эти перспективы заставляют обывателей следить за новостями технологий, чтобы не пропустить переломный момент истории.

Да, квантовые технологии заметно приблизились к реальности. Если раньше это были теоретические изыскания физиков, то сейчас уже появляются устройства, которые можно позиционировать как настоящие квантовые компьютеры. Но обольщаться рано, созданные прототипы подобных систем пока еще далеки от стадии коммерческих разработок.

Далекому от физики человеку сложно понять, что такое квантовые технологии. В повседневной жизни этому нет аналогов. Когда перед вами запертая дверь, опыт подсказывает, что через нее нельзя пройти. А квантовые теории допускают, что с некоторой вероятностью вы находитесь как перед дверью, так и за ней. И неожиданно можете «туннелировать» через нее.

Конечно, подобные эффекты становятся заметными только в микромире. Там они позволяют осуществить принципиально новый подход к организации вычислений. Представьте себе объект, который находится одновременно в двух состояниях — покоя и возбуждения. На этом принципе и строится работа кубитов — базовых логических элементов квантового компьютера.

В обычных полупроводниковых компьютерах каждый бит информации может принимать одно из двух значений — 0 или 1. Кубит одновременно содержит оба этих состояния и может одновременно их обрабатывать. С увеличением количества кубитов до N растет и производительность квантовой системы — как 2 в степени N. На пресс-конференции в Российском научном центре Михаил Лукин, отечественный ученый, работающий в Гарварде, представил квантовый компьютер, состоящий из 51 кубита. Теоретически он может одновременно выполнять до 2,2 квадриллиона операций, что в разы превышает мощности обычных современных суперкомпьютеров.

Однако перед учеными стоят серьезные проблемы, решение для которых еще не найдено. Наука сейчас сосредоточена на запуске квантовых процессов, а не на том, как занести или вывести информацию из кубитов. В классический компьютер данные вводятся по очереди, но с большой скоростью, в нынешние квантовые информация заносится маленькими порциями, и пока неизвестно, как прогнать через такие системы петабайты информации и получить ответ.

Решение проблемы есть: уменьшить объем вносимых данных, чтобы квантовый компьютер мог их обработать.

Таким образом, сегодня квантовые компьютеры работают медленнее, чем стандартные полупроводниковые. И пока не продемонстрировано, что они могут решить хоть какую-то практическую задачу быстрее классических компьютеров.

Но 30 лет назад классические компьютеры тоже не могли выполнять большой объем операций. Чтобы процессор быстрее работал с данными, инженеры придумали «помощника» — сопроцессор — аппаратный ускоритель, который устанавливали на материнскую плату. Конечно, сейчас в компьютерах нет ничего подобного, сопроцессор давно уже интегрирован в основной процессор. Но сейчас все попытки создания квантового компьютера сводятся к тому, чтобы сделать из него подобный сопроцессор. Результаты, к сожалению, пока экспериментальные и до сих пор не перешли на уровень практического применения и коммерциализации.

Квантовые вычисления еще далеки от реалий современного бизнеса — где горизонт планирования, как правило, не превышает 3–5 лет. Сегодня эти технологии финансируются в основном теми, кто способен вкладываться на долгую перспективу — огромными корпорациями, такими как Google и IBM, или правительствами мировых держав. Вливание средств на этом этапе — почти чистая филантропия.

После преодоления этапа «фундаментальной науки» квантовые технологии будут обещать потенциальную выгоду для индустрии на горизонте семи-восьми лет. С этого момента в отрасль начнет инвестировать большее количество компаний. Судя по всему, мы уже вступаем в эту стадию — о чем свидетельствует интерес банков, которые начали понимать, как эта область науки пригодится им в бизнесе.

За банками в индустрию придут IT-компании, которые руководствуются 3–5-летним планом развития. А если прогнозы по возврату инвестиций начнут исчисляться парой лет, то квантовыми технологиями массово займутся и стартап-команды.

Надеюсь, что мы преодолеем эти этапы в ближайшие 10 лет, потому что квантовые компьютеры могут кардинально изменить образ нашей жизни. Появятся новые технологии связи и безопасности, новые эффективные лекарства, точные системы позиционирования, альтернативные способы передвижения и многое другое. Хочу верить, что квантовая отрасль не повторит судьбу «термоядерного синтеза для энергетики», который уже почти полвека пребывает в состоянии «вот-вот, через несколько лет мы получим коммерчески пригодный прототип».