Софья Федосеева
Пока научный мир ждет квантового прорыва и появления универсального квантового компьютера, бизнес уже ищет и находит коммерческое применение квантовым технологиям.
О том, почему «квант» стал актуальным настоящим и какие события этому способствуют, рассказывает Алексей Федоров, руководитель группы «Квантовые информационные технологии» Российского Квантового Центра.
С новым «квантовым» годом: почему бизнесу пора присмотреться к новым технологиям
Алексей Федоров
Конец закона Мура
Век классических вычислительных технологий (если точнее — чуть больше полувека кремниевых технологий) на исходе. Это обусловлено физическими ограничениями, накладываемыми на размер транзистора — элементарного элемента современных компьютеров.
Последние десятилетия наблюдался экспоненциальный рост производительности современных компьютеров, потому что происходила быстрая миниатюризация транзисторов. За счет этого их количество на плате увеличивалось в два раза примерно каждые 18 месяцев в соответствии с законом (вернее, наблюдением) Гордона Мура, одного из основателей компании Intel.
Сейчас размеры транзисторов приближаются к атомным и на этом уровне происходит резкое усложнение технологических процессов. Многие специалисты называют это «Семинанометровое проклятие» — оказалось, что этот барьер крайне сложно преодолеть, и прогресс замедлился.
Подписывайтесь на канал Rusbase в «Яндекс.Дзен», чтобы ничего не пропустить
CEO NVidia Дженсен Хуан высказался так: «Следовать закону Мура невозможно». Конечно, это не значит, что завтра смартфоны и лэптопы полетят в мусорный ящик. Но о прежних темпах прогресса в области полупроводников можно забыть.
Тем временем человечество сталкивается с необходимостью роста вычислительных мощностей.
Во-первых, из-за роста (невероятными темпами!) объема информации и необходимости этот объем обрабатывать.
Во-вторых, из-за характера технологических задач, с которыми мы сталкиваемся. Задачи эти не из легких — поиск закономерностей и паттернов в больших массивах данных.
Другими словами, сейчас человечество ставит перед компьютером задачу найти ответ на «главный вопрос жизни, Вселенной и всего такого» и видит бегунок ожидания на отметке 7,5 млн лет.
Если продолжить иронию, то квантовый компьютер позволит сократить время ожидания. Многократно. И, быть может, даже найти более вразумительный ответ, чем цифра 42. Создание такого компьютера и ознаменует новую технологическую революцию, обещающую нам «дивный новый мир».
В то время как научное сообщество с присущей долей скептицизма все еще рассуждает об этой революции в будущем, бизнес уже находит способы раскрыть коммерческий потенциал современных разработок в этой области.
События 2019 года во многом подтвердили тезис о том, что квантовые технологии перестали быть днем завтрашним, а стали осязаемым «сегодняшним» настоящим. Я бы хотел выделить те из них, которые, как мне кажется, имеют наибольшее значение для развития всей отрасли в дальнейшем. И остановиться на них чуть подробнее.
Достижение квантового превосходства
Минувшей осенью Google представил миру квантовый процессор и пример решения им задачи, которая бы заняла у лучшего современного суперкомпьютера около десяти тысяч лет.
С одной стороны, о практической стороне этой задачи судить сложно, она, скорее, носит исключительно демонстрационный характер. По сути, квантовый компьютер моделирует собственную же работу — выполняет набор квантовых операций. Процесс, который очень трудно воспроизвести классическим образом.
С другой стороны, Google отмечает возможность применения таких систем для сертифицированной генерации случайных чисел. А это уже одно из бизнес-приложений, о котором рассказывал Гартмут Невен на московской конференции по квантовым технологиям летом 2019 года.
Это событие стало знаковым в развитии квантовых технологий. Фактически это первый в истории случай, когда было очевидно достигнуто квантовое превосходство (3,5 минуты вместо десяти тысяч лет) — то есть демонстрация решения задачи квантовыми вычислительными мощностями, которые практически невозможны для классических современных технологий. Квантовый Давид победил классического Голиафа.
Еще раз стоит отметить, что пока задача, которую могут решить подобные вычислительные мощности, очень специфична. Но сам факт ее решения демонстрирует следующее.
Во-первых, вычислительные системы на основе квантовых взаимодействий уже строятся и работают (то есть работают как инфраструктурные решения, так и софтверные).
Во-вторых, эксперимент позволил перенести грандиозное превосходство квантовых технологий над классическими с бумаги — из мира научной теории — в реальный мир.
Мировое сообщество разработчиков отреагировало на новость поиском алгоритма, который бы позволил решить эту задачу на классических мощностях в более короткие (чем десять тысяч лет) сроки. Специалисты IBM даже сообщили о том, что нашли алгоритм, который решит ее за два с половиной дня.
Пока работа IBM все еще находится в статусе предложения — задача не была решена ими на суперкомпьютере за это время. Поскольку в 2019 году был запущен тренд «перейти от слов к делу» — ждем демонстрацию IBM и новые убедительные свидетельства квантового превосходства.
Коммерческие применения
В отдельную категорию событий 2019 года я бы поместил новости о том, как крупный бизнес применяет на практике достижения, связанные с развитием квантовых технологий. Крупные технологические гиганты ищут возможности практического применения своих достижений для конечного пользователя.
В январе появилась первая универсальная квантовая вычислительная система Q System One, разработанная IBM для научного и коммерческого применения (по сути — прототип первого квантового персонального компьютера). Технология идет в массы и стоимость ее коммерческого применения будет снижаться.
Кроме того, навстречу квантовым технологиям идет не только ИТ-бизнес. К примеру, крупнейший голландский банк ABN Amro (по объему активов занимает восьмое место в Европе и 13 — в мире) разрабатывает механизмы защиты онлайн-банкинга на основе квантовых технологий.
«Нужно переходить от слов к делу. Настало время действовать. И мы можем только надеяться, что наше (банка) технологическое развитие идет в ногу с глобальным», — слова директора по информационной безопасности банка Мартина Деккера.
В Великобритании была запущена квантовая сеть, соединяющая Adastral Park (кампус крупнейшего провайдера телекоммуникационных услуг BT Group) и Кембридж — около 125 километров. Сеть получила название первой коммерческой квантовой сети и сейчас проходит стадию тестирования. Ожидается, что затем решение будет масштабироваться для использования бизнесом.
Следующий шаг — интеграция сетей квантовых коммуникаций с квантовыми компьютерами. Это означает создание нового интернета — квантового.
Те же голландцы в этом году представили первый протокол для его работы. Безопасная и быстрая передача данных возможна с использованием той физической инфраструктуры, что уже существует.
Еще одним свидетельством преодоления порога коммерческой реализации квантовых технологий служит растущее число патентов по всему миру.
Сам процесс получения патента — это затратное и долгое предприятие, требующее ресурсов. Вместе с тем, по всему миру уже зарегистрировано множество патентов, связанных с квантовыми технологиями. Среди лидеров — Intel, Toshiba, Google, Alibaba Group. И это косвенный признак того, что если сегодня примеров реализации коммерческого потенциала «кванта» не так много, то уже завтра их число вырастет в разы.
Квантовые облака
Хотя полноценных и универсальных квантовых компьютеров еще не существует, квантовые вычисления частично находят свое применение и пользуются спросом для решения задач. Примером тому служит облачный сервис канадской компании D-Wave.
В научном мире идут дебаты относительно того, насколько компьютер D-Wave задействует квантовые эффекты в ходе вычислений и, соответственно, насколько значительное ускорение может быть достигнуто. Однако крупный бизнес не обращает внимания на то, насколько «квантовое» облако у компании, и заявляет о решении бизнес-задач с помощью их технологий.
Так сделал Volkswagen, говоря о разработке навигатора, способного решить проблему трафика в крупных городах, и Ford, заявивший о соглашении с NASA об использовании D-Wave 2000Q для решения логистических задач. Аналогичные примеры создания и эксплуатации квантовых облаков есть в портфеле IBM и Amazon.
Облачные платформы, в основе которых лежат квантовые вычислительные мощности, только начинают появляться. Но сам факт их создания и коммерческого успеха в 2019 году говорит о растущей доступности квантовых технологий как таковых. Вначале для бизнеса, а затем — и для рядовых пользователей.
Квантовое вдохновение
Индустрия и наука находят довольно любопытную реализацию повышенного интереса к квантовым технологиям, создавая новые классические алгоритмы с эффектом «квантовости».
Разработчики проводят анализ роли квантовых эффектов в различных вычислительных алгоритмах. И если эти эффекты не играют существенной роли, но сам алгоритм оказывается полезным, то он становится «квантово вдохновленным».
С такими решениями в 2019 на рынок вышли Toshiba, Fujitsu и Российский квантовый центр.
Борьба за кадры
Еще в начале года появилась новость о том, что Airbus объявляет конкурс на поиск специалистов в области квантовых технологий. В течение года компания подтверждала свой интерес, объявляя о намерении c помощью квантовых мощностей найти способы оптимизировать как издержки, связанные с осуществлением полетов, так и строительство самих авиалайнеров.
Квантовые технологии — это достаточно узкая специализация одновременно в области физики и инженерного дела. Дефицит таких работников и их востребованность на рынке труда — вполне закономерная ситуация для развития новой технологичной отрасли.
Подтверждением тому — открывающиеся дополнительные курсы обучения в ведущих университетах. А также заявления о намерении открыть бакалавриаты и магистратуры, нацеленные на выращивание специалистов по квантовым технологиям.
А как у нас?
Наверное, 2019 год можно назвать по-настоящему прорывным для квантовых технологий в России. По последней информации, до 2024 года на развитие квантовых вычислений в нашей стране будет потрачено 23,7 млрд рублей. Причем существенную часть этих денег планируется привлечь из внебюджетных средств — в попытке заинтересовать бизнес решением коммерческих задач квантовым путем.
Хотя развитие квантовых технологий в России, по мнению экспертов, отстает от ведущих мировых держав, заявленные намерения помогут сократить это отставание.
Сейчас Россия по объему инвестиций в квантовые технологии уверенно входит в первую десятку стран. Да, пока мы не конкурируем с Google на ниве квантовых технологий, но внимательно следим и понимаем, что происходит на острие науки. А заявленные инвестиции от правительства в объеме 50 млрд рублей помогут наверстать упущенное — пока что технологическая гонка (если она существует) не проиграна.
Заключение
О том, как именно квантовые технологии изменят наш привычный мир, только предстоит узнать. Некоторые специалисты высказывают мысли о том, что современный инфраструктурный ландшафт изменится радикально. Возможно, так и произойдет. Но для сегодняшнего дня важнее не то, к чему приведет нас квантовая революция, а то, на каком ее этапе мы находимся сегодня.
По моим ощущениям, именно сейчас открыто окно возможностей для бизнеса, которое позволяет использовать достижения квантовых разработок как конкурентное преимущество.
Тому, кто последним запрыгнет в этот несущийся поезд, придется потратить на порядок больше усилий, чтобы догнать головной вагон.
Фото в тексте и на обложке: Unsplash
Источник:
