Технологии, основанные на физике квантов, позволяют добиваться революционных решений в самых разных сферах. Например, производить сложнейшие вычисления на несколько порядков быстрее самых мощных современных компьютеров, а значит, моментально просчитывать риски, строить модели, прокладывать сложные маршруты. 

Какие возможности открывают новые технологии для бизнеса различных отраслей, кто развивает это направление и как именно?

24 млрд рублей

выделило

государство на развитие квантовых вычислений в ближайшие три года.

620—1270 млрд долларов —

выигрыш

от возможного использования квантовых технологий в финансовой, автомобильной, химической и фармацевтической индустриях к 2035 году.

Что такое квантовые технологии?

Квант — неделимая частица, атом, фотон и другие аналоги. По сути, весь наш мир состоит из них, поэтому развитие квантовых технологий даёт такой сильный толчок прогрессу в самых разных областях. Первая квантовая революция привела к появлению лазеров, транзисторов, доступных компактных компьютеров и смартфонов. Вторая только набирает скорость, но в неё активно вкладываются и государства, и частные компании.

Государственные и частные инвестиции в квантовые технологии в 2021—2022 годах, млрд $

Источник:

McKinsey

на основе данных CIFAR и открытой информации

Доля патентов в сфере квантовых технологий, выданных учёным страны в 2020—2022 годах

Источник:

McKinsey

Использование квантовой механики для передачи и обработки данных позволяет в сотни раз ускорить вычисления, так как квантовый компьютер оперирует не битами, а кубитами. Если бит имеет значение 0 или 1, то кубит находится в суперпозиции — одновременно и в обоих значениях бита, и во всех промежуточных.

Второе важное в квантовых технологиях явление — запутанность. Это особое состояние, в котором кванты влияют друг на друга, независимо от расстояния. Сочетание запутанности и суперпозиции позволяет проводить вычисления во много раз быстрее, а также решать задачи, которые современным суперкомпьютерам в принципе недоступны. 

Такая скорость может, например, за несколько секунд открыть доступ к самым защищённым данным или выполнить сложнейшие вычисления. Уже существующий квантовый компьютер за несколько секунд

выполняет

расчёты, для которых обычному компьютеру потребовалось бы почти 50 лет.

Применение квантовых технологий не исчерпывается созданием супермощного компьютера. Вот основные направления их применения:

квантовые вычисления — компьютеры и их эмуляторы, которые производят различные расчёты;

квантовые коммуникации — защита информации и постквантовая криптография, использование квантовой механики для создания теоретически абсолютной безопасной связи; 

квантовые сенсоры — использование квантовых эффектов для измерения физических величин (магнитного или гравитационного поля, температуры, давления и других) с ранее недоступной точностью.

Некоторые технологии уже активно используют, другие — только развиваются.

Квантовые вычисления

Квантовые вычисления востребованы в науке и многих других сферах деятельности. Просто есть направления, где их пользу легче увидеть, а есть те, где пока невозможно предугадать даже саму возможность применения квантовых вычислений, но она появится с развитием технологий.

Информационные технологии.

Новая скорость вычислений позволит создавать более совершенные и мощные модели искусственного интеллекта, повышать эффективность машинного обучения. Негативная сторона этого явления — развитие методов взлома классических шифров и обхода привычных методов защиты информации, что, в свою очередь, будет способствовать совершенствованию методов и появлению компаний, обеспечивающих защиту цифровых контуров предприятий.

Медицина.

Квантовые вычисления откроют возможность быстрого моделирования химических реакций или конкретнее — лекарств на атомарном уровне с заданными свойствами. Можно будет искать новые методы лечения, в том числе персонализировано и в соответствии с генетической картой. Квантовые вычисления помогут в разработке мер против вирусов, онкологических и аутоиммунных заболеваний, смоделируют сворачивание белков, открывая новые возможности для борьбы с нейродегеративными заболеваниями — болезнями Паркинсона и Альцгеймера, которые сейчас считаются неизлечимыми.

Финансовый сектор.

Появятся более точные инструменты для трейдинга, финансовой аналитики, прогнозирования. С ними можно эффективнее предотвращать мошенничество в любом виде и обнаруживать аномалии вроде непредсказуемых скачков акций в нашумевшей истории противостояния пользователей Reddit и трейдеров.

Логистика и транспорт.

Квантовые технологии позволят оптимизировать маршруты и расписания, экономя ресурсы и деньги, а также ускорят разработки в области автоматизации сферы.

Менеджмент.

Квантовые вычисления помогут в планировании и оптимизации производства и бизнес-процессов, анализе и прогнозировании, риск-менеджменте. 

Квантовые коммуникации

Защита информации критически важна и государствам, и любому бизнесу. Во многом поэтому сейчас активно инвестируют в квантовые технологии. Квантовые коммуникации — передача информации с помощью квантовых объектов, с распределением криптографических ключей, что защищает её в том числе и от квантовых средств взлома. 

В России строят квантовые магистральные линии связи, что приближает квантовую систему распределения ключей к конечному пользователю, например телекоммуникационным компаниям. 

Например, компания QRate создаёт аппаратно-программные комплексы квантового распределения ключей (КРК). У систем КРК есть два важных преимущества в сфере безопасности: исключение человека из управления ключевой информацией и нивелирование зависимости уровня безопасности от вычислительных мощностей, которыми располагает злоумышленник. Это достигается благодаря выработке и распределению секретных ключей с помощью использования отдельных квантовых частиц (например, одиночных фотонов), которые в принципе не могут быть скопированы.  

«Сейчас под квантовыми коммуникациями обычно понимаются протоколы квантового распределения ключей, — отмечает Александр Приютов, директор по развитию бизнеса компании QRate. — Но в широком смысле квантовые коммуникации не ограничиваются информационной безопасностью, к ним относятся любые протоколы обмена информацией посредством квантовых состояний. Например, существуют протоколы, позволяющие привести в состояние запутанности удалённые друг от друга квантовые компьютеры, что может ещё больше увеличить скорость вычислений. Хотя для реализации таких протоколов ещё предстоит создать новые устройства: квантовые повторители и память. Они сейчас являются предметом научных разработок». 

Квантовые сенсоры

Термином «квантовые сенсоры» специалисты обозначают устройства, использующие в работе явления квантовой физики. Их чувствительность превосходит то, что могут дать обычные датчики. 

Развитие квантовых датчиков подтолкнёт прогресс сразу в нескольких областях: безопасности, космической и беспилотной навигации, строительстве, геологоразведке и добыче полезных ископаемых. Сверхточные датчики нужны в системах спутниковой и наземной связи, а также в сотовых сетях. 

В

медицине

сенсоры уже применяют в рамках магнитоэнцефалографии, где основную роль играют квантовые датчики магнитного поля. Они позволяют измерить магнитные поля генерируемые мозгом человека. Потенциально это позволит вести диагностику опухолей мозга, синдрома Альцгеймера или эпилепсии без забора тканей и точнее, чем действующие методы. 

Кроме того, квантовые сенсоры найдут применение при диагностировании онкологии на сверхранних этапах и помогут вести мониторинг заболеваний на клеточном и молекулярном уровнях.

В

энергетике

сенсоры помогут создать более эффективные сети, оптимизируя распределение энергии. В геологии квантовый гравиметр поможет искать нефть и другие полезные ископаемые. «Квантовая плёнка» — матрица нового поколения, которая позволит добиться лучшего изображения в условиях низкой освещённости. Квантовые атомные часы помогут измерять гравитацию и другие величины, они помогут вывести на новый уровень GPS-системы, беспилотные автомобили и любые управляемые устройства, которым нужны точные замеры времени. 

Место России в квантовом мире

В России прогресс в этом направлении определяется

дорожной картой

развития «сквозной» цифровой технологии, а также дорожными

картами

отдельных направлений. 

Ответственные госкорпорации развивают квантовые коммуникации и вычисления, стартапы вроде QRate или Qlu заняты конкретными продуктами — комплексами квантового распределения ключей или магнитными сенсорами.  В России

патентуют

новую архитектуру процессоров,

совершенствуют

системы защиты информации,

разрабатывают

микроструктурированное оптоволокно,

создают

квантово-устойчивый VPN и другие технологии.

СберПро Медиа теперь можно читать в «Телеграме» и «Дзене». Чтобы быть в курсе важных трендов, свежих кейсов лидеров бизнеса и мнений ведущих экспертов, следите за нами в 

телеграм-канале

. Развитие навыков управления, личностный рост, актуальные подходы в маркетинге, новинки бизнес-литературы — эти темы мы подробно рассматриваем в 

«Дзене»

.