За последнее десятилетие квантовые вычисления совершили впечатляющий переход от абстрактной концепции к реальным устройствам. Сегодня мы наблюдаем формирование глобальной экосистемы с растущими инвестициями и десятками компаний, соревнующихся в создании работающих квантовых компьютеров. Несмотря на значительный прогресс, ключевой вопрос остается открытым: смогут ли эти устройства когда-нибудь предложить реальную практическую пользу или так и останутся дорогостоящими лабораторными экспериментами?
Основной проблемой квантовых вычислений является чрезвычайная уязвимость кубитов – базовых единиц квантовой информации – к шумам и ошибкам. Парадоксально, но увеличение числа кубитов, необходимое для решения сложных задач, одновременно приводит к экспоненциальному росту вероятности ошибок. Решение этой проблемы ученые видят в создании «логических кубитов» – групп физических кубитов, способных исправлять ошибки в реальном времени. Однако реализация этой концепции пока далека от совершенства.
В гонке квантовых технологий сформировалось несколько конкурирующих подходов. Калифорнийская компания Atom Computing сделала ставку на атомные кубиты, создав устройство с впечатляющими 1180 кубитами на основе нейтральных атомов иттербия. По этому же пути идут Pasqal и китайские исследователи, использующие искусственный интеллект для оптимизации сборки атомных кубитов. Компания Quantinuum выбрала ионный подход, используя заряженные ионы иттербия, удерживаемые электромагнитными полями, и достигла результата в 50 логических кубитов. К концу года они обещают создать квантовый компьютер, способный кодировать в триллион раз больше информации. Oxford Ionics и IonQ также развивают ионные методы, привлекательные своей гибкостью – соединения между кубитами можно легко «переключать» для разных видов алгоритмов.
Сверхпроводящие кубиты представляют другое направление, активно развиваемое технологическими гигантами. Google в 2019 году заявила о достижении «квантового превосходства», а в 2024 подтвердила этот статус с новым чипом Willow. IBM планирует к 2026 году создать квантовый процессор с более чем 4000 кубитами и разрабатывает компоненты для объединения нескольких квантовых процессоров в более мощные системы. Rigetti Computing под руководством Дэвида Риваса уже продает готовый к использованию квантовый компьютер на 9 кубитах и предоставляет доступ к процессору с 84 кубитами. Французская компания Alice & Bob также использует сверхпроводящие компоненты, но с приоритетом на подавление ошибок еще до создания логических кубитов, рассчитывая достичь безошибочных квантовых вычислений с тысячами кубитов.
В области логических кубитов Microsoft в сотрудничестве с Atom Computing создали 24 запутанных логических кубита, бостонский стартап QuEra продемонстрировал более 40, а Quantinuum установила рекорд с 50 логическими кубитами.
Фотонный подход представляет еще одно направление. PsiQuantum, в отличие от конкурентов, не строит небольшие прототипы, а планирует к 2027 году представить крупномасштабный квантовый компьютер. Их идея заключается в интеграции лазеров и оптических компонентов в полупроводниковые чипы для масштабирования и удешевления технологии. Xanadu и Quandela также разрабатывают фотонные квантовые компьютеры, но более традиционными методами.
Эксперты по-разному оценивают перспективы различных подходов. NVIDIA утверждает, что простого увеличения числа кубитов недостаточно – нужны эффективные алгоритмы. Джон Прескилл из Калифорнийского технологического института видит большой потенциал в атомных технологиях, считая, что несколько десятков тысяч кубитов на атомном квантовом компьютере могут быть сопоставимы с сотнями тысяч на сверхпроводящем.
Несмотря на экспериментальный характер технологии, некоторые организации уже применяют квантовые компьютеры. Cleveland Clinic использует квантовый компьютер IBM для медицинских исследований, Moderna – для моделирования молекул при разработке лекарств. Крупные банки, включая HSBC, JP Morgan Chase, Goldman Sachs и Wells Fargo, исследуют квантовые алгоритмы для оптимизации ценообразования и защиты транзакций. Quantinuum в партнерстве с Mitsui & Co. работает над «квантовыми токенами», а BMW изучает возможности квантовых компьютеров для разработки новых материалов и оптимизации логистики.
Однако не все проекты успешны – китайские гиганты Alibaba и Baidu закрыли свои лаборатории квантовых вычислений, что подчеркивает сложность и рискованность этой технологической области.
Квантовая революция не произойдет в одночасье. Этот процесс требует времени, ресурсов и новых идей. Оптимистичный взгляд на будущее предполагает, что физические детали квантовых вычислений со временем «уйдут на задний план», и инженеры будут рассматривать их как часть стандартного инструментария наряду с классическими суперкомпьютерами и искусственным интеллектом. Станут ли квантовые компьютеры ключом к новым научным открытиям или останутся дорогой игрушкой – этот вопрос пока остается открытым.
Изображение носит иллюстративный характер
Основной проблемой квантовых вычислений является чрезвычайная уязвимость кубитов – базовых единиц квантовой информации – к шумам и ошибкам. Парадоксально, но увеличение числа кубитов, необходимое для решения сложных задач, одновременно приводит к экспоненциальному росту вероятности ошибок. Решение этой проблемы ученые видят в создании «логических кубитов» – групп физических кубитов, способных исправлять ошибки в реальном времени. Однако реализация этой концепции пока далека от совершенства.
В гонке квантовых технологий сформировалось несколько конкурирующих подходов. Калифорнийская компания Atom Computing сделала ставку на атомные кубиты, создав устройство с впечатляющими 1180 кубитами на основе нейтральных атомов иттербия. По этому же пути идут Pasqal и китайские исследователи, использующие искусственный интеллект для оптимизации сборки атомных кубитов. Компания Quantinuum выбрала ионный подход, используя заряженные ионы иттербия, удерживаемые электромагнитными полями, и достигла результата в 50 логических кубитов. К концу года они обещают создать квантовый компьютер, способный кодировать в триллион раз больше информации. Oxford Ionics и IonQ также развивают ионные методы, привлекательные своей гибкостью – соединения между кубитами можно легко «переключать» для разных видов алгоритмов.
Сверхпроводящие кубиты представляют другое направление, активно развиваемое технологическими гигантами. Google в 2019 году заявила о достижении «квантового превосходства», а в 2024 подтвердила этот статус с новым чипом Willow. IBM планирует к 2026 году создать квантовый процессор с более чем 4000 кубитами и разрабатывает компоненты для объединения нескольких квантовых процессоров в более мощные системы. Rigetti Computing под руководством Дэвида Риваса уже продает готовый к использованию квантовый компьютер на 9 кубитах и предоставляет доступ к процессору с 84 кубитами. Французская компания Alice & Bob также использует сверхпроводящие компоненты, но с приоритетом на подавление ошибок еще до создания логических кубитов, рассчитывая достичь безошибочных квантовых вычислений с тысячами кубитов.
В области логических кубитов Microsoft в сотрудничестве с Atom Computing создали 24 запутанных логических кубита, бостонский стартап QuEra продемонстрировал более 40, а Quantinuum установила рекорд с 50 логическими кубитами.
Фотонный подход представляет еще одно направление. PsiQuantum, в отличие от конкурентов, не строит небольшие прототипы, а планирует к 2027 году представить крупномасштабный квантовый компьютер. Их идея заключается в интеграции лазеров и оптических компонентов в полупроводниковые чипы для масштабирования и удешевления технологии. Xanadu и Quandela также разрабатывают фотонные квантовые компьютеры, но более традиционными методами.
Эксперты по-разному оценивают перспективы различных подходов. NVIDIA утверждает, что простого увеличения числа кубитов недостаточно – нужны эффективные алгоритмы. Джон Прескилл из Калифорнийского технологического института видит большой потенциал в атомных технологиях, считая, что несколько десятков тысяч кубитов на атомном квантовом компьютере могут быть сопоставимы с сотнями тысяч на сверхпроводящем.
Несмотря на экспериментальный характер технологии, некоторые организации уже применяют квантовые компьютеры. Cleveland Clinic использует квантовый компьютер IBM для медицинских исследований, Moderna – для моделирования молекул при разработке лекарств. Крупные банки, включая HSBC, JP Morgan Chase, Goldman Sachs и Wells Fargo, исследуют квантовые алгоритмы для оптимизации ценообразования и защиты транзакций. Quantinuum в партнерстве с Mitsui & Co. работает над «квантовыми токенами», а BMW изучает возможности квантовых компьютеров для разработки новых материалов и оптимизации логистики.
Однако не все проекты успешны – китайские гиганты Alibaba и Baidu закрыли свои лаборатории квантовых вычислений, что подчеркивает сложность и рискованность этой технологической области.
Квантовая революция не произойдет в одночасье. Этот процесс требует времени, ресурсов и новых идей. Оптимистичный взгляд на будущее предполагает, что физические детали квантовых вычислений со временем «уйдут на задний план», и инженеры будут рассматривать их как часть стандартного инструментария наряду с классическими суперкомпьютерами и искусственным интеллектом. Станут ли квантовые компьютеры ключом к новым научным открытиям или останутся дорогой игрушкой – этот вопрос пока остается открытым.
