• ТМТ

Кубит превосходства. Когда в России появятся квантовые компьютеры

Руслан Юнусов

Руслан Юнусов

генеральный директор Российского квантового центра, руководитель проектного офиса «Квантовые вычисления» «Росатома»
  • 5 мин
  • 1 118

Первые коммерческие квантовые компьютеры могут появиться уже через пять лет. Но готовиться к их использованию бизнесу пора уже сегодня.

Сегодня вряд ли можно сделать безупречный и детальный прогноз о том, как квантовые компьютеры изменят нашу жизнь в ближайшие десятилетия. Особенно если принимать во внимание предсказания известного американского футуролога Рэймонда Курцвейла, согласно которым уже около 2045 года технический прогресс станет настолько быстрым и сложным, что окажется просто недоступным для человеческого понимания. Но уверенно можно предположить, что успешное масштабирование технологии квантовых компьютеров станет одним из ключевых триггеров, запускающих процесс технологической сингулярности.

и 0, и 1

кубиты, в отличие от битов, могут принимать оба значения одновременно

Наш мир по сути — квантовый. Именно поэтому любые попытки описывать его при помощи «классических» подходов имеют очевидные пределы. Если человечество сможет создать действительно мощные квантовые компьютеры, это даст не только беспрецедентные возможности для моделирования окружающего нас мира, но и приведёт к драматическим изменениям во всех сферах. И речь идёт не только о конструировании новых легких и прочных материалов, революционных лекарств или настоящего искусственного интеллекта. Благодаря квантовым технологиям мы можем столкнуться с эффектами, которые пока даже не можем себе представить.

После появления первых компьютеров считалось, что тысячи ЭВМ хватит для решения всех актуальных на тот момент задач человечества. Однако рост производительности и доступности классических вычислительных систем привёл к тому, что сегодня они пронизывают все области деятельности. То же самое относится и к квантовым компьютерам. Если в ближайшее десятилетие они действительно станут настолько мощными, как ожидается, то результаты их применения в следующие десять лет предсказать будет практически невозможно.

Квантовые компьютеры — явление, полностью укладывающееся в парадигму цифровой экономики. Поэтому главная задача созданного в «Росатоме» проектного офиса состоит не в решении каких-то частных внутриотраслевых задач, а в том, чтобы стать интегратором, агрегатором знаний, способных в перспективе обеспечить нашей стране не просто конкурентоспособные позиции, но и ведущую роль в отдельных направлениях квантовых вычислений.

Точка отсчёта

Мы начинаем не с нуля. В части квантовых вычислений «Дорожная карта» развития квантовых технологий в России предполагает концентрацию усилий на поддержке четырёх основных платформ. Это сверхпроводниковые квантовые компьютеры, квантовые компьютеры на нейтральных атомах, на ионах и фотонах.

Наиболее значимых результатов удалось добиться в сфере вычислений на сверхпроводниках: в нашей стране уже построена работающая система на двух кубитах (кубит — наименьший элемент хранения информации в квантовом компьютере). Да, по количеству кубитов мы пока заметно отстаём от мировых лидеров. Например, Google удалось построить квантовые процессоры на 53 и 72 кубитах. Однако этот разрыв не является определяющим. В силу особенностей квантовых вычислений принципиальной является как раз разница между одним и двумя кубитами. Ведь даже в 53-кубитном процессоре выполнение вычислительных операций осуществляется в двухкубитном режиме. Вот почему создание отечественной сверхпроводниковой вычислительной системы — хороший задел на будущее. Сделать это было просто необходимо. И теперь у нас есть возможность для дальнейшего масштабирования таких решений.

В сфере квантовых компьютеров на ионах в России также появилась система на одном кубите. А уже в этом году планируется создать многокубитную систему, способную продемонстрировать выполнение реальных вычислений. Примерно на том же уровне находятся работы по созданию квантового компьютера на нейтральных атомах. Возможно, уже в ближайшие месяцы будет объявлено о появлении системы на одном кубите, что позволит перейти к созданию многокубитных решений. Продолжаются и эксперименты по созданию квантовых компьютеров на фотонах. Причём в этой сфере борьба за количество кубитов не столь важна в силу фундаментальных особенностей таких систем.

Квантовые компьютеры способны решать задачи, недоступные самым мощным «классическим» суперкомпьютерам.

24 млрд ₽

бюджет проекта по созданию отечественного квантового компьютера

Smart money

В технологически развитых странах исследования и разработки в области квантовых технологий не только находятся под бдительным вниманием государства, но и привлекают масштабные государственные инвестиции, что объясняется стратегической важностью этой сферы.

Разумеется, без значительной финансовой поддержки создать конкурентоспособные российские технологии в этой сфере невозможно. По нашим оценкам, более половины средств потребуется для приобретения дорогостоящего высокотехнологичного оборудования. И всё-таки важно подчеркнуть: это не только и не столько «финансовый», сколько комплексный проект.

Критически важно реализовать программу по подготовке и поддержке отечественных специалистов и активно привлекать международную экспертизу. В том числе развивать сотрудничество с зарубежной русскоговорящей научной и технологической диаспорой. Ведь если действовать в «автономном» режиме, то на преодоление тех этапов, которые уже прошли глобальные лидеры квантовых вычислений, потребуется 7—10 лет. А этого времени у нас просто нет. Нужно активно интегрировать международный опыт и очень быстро двигаться вперёд.

Важный показатель нарастающей зрелости формирующегося рынка квантовых компьютеров — появление за рубежом амбициозных технологических стартапов. В октябре 2019 года американский инновационный проект IonQ, сделавший ставку на развитие ионной платформы квантовых вычислений, привлек 55 млн долларов от Samsung Catalyst Fund и Mubadala Capital. А уже в середине ноября стало известно ещё об одной сделке. Венчурные капиталисты вложили 230 млн долларов в стартап PsiQuantum, ориентированный на фотонные вычисления.

Через год-два появление таких стартапов должно стать возможным и в России. А значит, уже сегодня нужно заниматься совершенствованием комплексной инфраструктуры развития квантовых вычислений в нашей стране. Ведь важно не просто финансировать разработку «железа», а добиться создания полного стека технологий.

Экосистема

Многие представители российского бизнеса уже осознали необходимость практического использования квантовых компьютеров в ближайшем будущем. Но, разумеется, пока намного больше тех, кто ещё не задумывается о таких перспективах. Хотя объективно квантовые компьютеры им также понадобятся. И это ещё одно направление работы, которую мы будем вести.

Коммерческие образцы квантовых компьютеров, применение которых будет экономически эффективным для бизнеса, могут появиться на горизонте пяти лет. Но, для того чтобы такие решения принесли ожидаемые результаты, потенциальным потребителям нужно готовиться уже сегодня. Ведь квантовый компьютер не похож на привычную вычислительную машину, которую можно «установить» и сразу же начать работу, используя стандартное программное обеспечение. Необходимо будет создать соответствующие алгоритмы, учитывающие специфику задач конкретных заказчиков и особенности квантовых вычислений как таковых.

Ведь если действовать в «автономном» режиме, то на преодоление тех этапов, которые уже прошли глобальные лидеры квантовых вычислений, потребуется 7—10 лет. А этого времени у нас просто нет.

Заниматься всем этим нужно уже сегодня. И это хорошо понимают многие наши партнёры — крупные участники российского рынка (в том числе в таких отраслях, как финансы, топливно-энергетический комплекс, логистика и производство инновационных материалов), дальнейшее развитие бизнеса и конкурентоспособность которых всё в большей степени зависит от использования параллельных вычислений, обработки больших данных и применения искусственного интеллекта.

Создание отечественных квантовых компьютеров — масштабный проект, успех которого во многом зависит от поддержки и понимания со стороны многих участников. Совместными усилиями нам необходимо в сжатые сроки собрать полноценную экосистему, участниками которой станут студенты и учёные, основатели стартапов и крупные технологические компании, заказчики со стороны бизнеса и государство.

Иначе столь амбициозную задачу за пять лет решить будет просто невозможно.

Читайте ещё