Квантовые технологии – экзотика для бизнеса. Ученые уверены, что это только пока

К 2030 году в России планируют создать квантовый компьютер мощностью свыше 100 кубитов. Эксперты считают, что каждая квантовая технология способна оказать экономический эффект в объеме 2–2,5% ВВП при активном внедрении в России.

Еще далеко до 1000 кубит

За создание квантового компьютера в России отвечает «Росатом». Такой компьютер мощностью свыше 100 кубитов в РФ хотят создать в России к 2030 году, сообщил 21 июня сооснователь Российского квантового центра, советник гендиректора «Росатома» Руслан Юнусов.

Считается, что широкое практическое использование квантовых вычислений может начаться с появлением 1000-кубитных систем.

В Японии 127-кубитный компьютер, разработанный Токийским университетом и IBM, заработал в прошлом году. Первый в Европе квантовый компьютер на 100 кубитов собираются создать в 2026 году. Его разрабатывает Исследовательский институт квантовых технологий QuTech в Нидерландах.

В России в конце 2023 года показали компьютеры на 20-25 кубитов, говорит Юнусов. В этом году должны показать на 50 кубитов

СПРАВКА MASHNEWS

• Куби́т— наименьшая единица информации в квантовом компьютере.
• Квантовые технологии опираются на принципы квантовой физики, которая была создана в начале ХХ века, когда ученые поняли, что некоторые физические явления не могут быть объяснены классической физикой.
• Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0, и 1. Чем больше кубитов, тем больше одновременных вычислений можно проводить. Для работы квантового компьютера кубиты должны быть взаимосвязаны между собой и работать как одна система. Это позволяет одновременно анализировать миллионы различных вариантов и комбинаций.
• Кубиты бывают разные, есть квантовые платформы на атомах, ионах, сверхпроводниках, фотонах. В каждой из платформ введение в суперпозицию (чтобы кубит одновременно был нулем и единицей) — отдельная задача, достичь этого позволяют  разные физические принципы.

Вторая квантовая революция

«Первая квантовая революция» в начале XX века привела к появлению лазеров, ядерного оружия, а позже - мобильной связи и интернета. Светодиодные лампы, МРТ-сканнеры, цифровые камеры – все они основаны на управлении квантовыми явлениями.

В конце XX века ученые научились управлять сложными квантовыми системами на уровне отдельных частиц. Эксперты считают, что это открыло эпоху «второй квантовой революции», в которой мы сегодня и живем. Ее последствия позволят кардинально изменить способы передачи и обработки больших массивов информации: например, решать вопросы такой сложности, на которые обычным компьютерам понадобилось бы полстолетия.

Чисто технически такие скорости дадут стимул для развития новых индустрий, основанных на обработке больших данных. Кроме того, это и повышение производительности и эффективности алгоритмов искусственного интеллекта, новый уровень расчетов в финансах и логистике, неуязвимый для взлома квантовый интернет и т.д.

По данным агентства McKinsey, в 2022 году совокупные мировые стартап инвестиции в квантовые технологии составили 2,35 млрд долл. В IDC прогнозируют, что до 2027 года средний рост мировых инвестиций на рынке квантовых вычислений составит 11,5%, и через три года в отрасль будет проинвестировано 16,4 млрд долл.

Всего в мире насчитывается около 350 квантовых стартапов.

В России в конце 2023 года была утверждена концепция дорожной карты «Квантовые вычисления». В работе по ее реализации участвует более ста организаций, в том числе 15 ведущих российских вузов и исследовательских институтов. В 2023 году протяженность квантовых сетей связи в стране составила 3295 км.

Тестированием квантовых технологий в РФ на сегодняшний день занимаются прежде всего структуры банковского сектора, телеком-компании, предприятия ОПК, а также компании, отвечающие за выполнение дорожной карты по развитию квантовых технологий («Росатом» и РЖД).

Российские достижения

К направлениям развития квантовых технологий относятся, не только квантовые компьютеры. Среди перспективных проектов - квантовая и постквантовая криптография (инфраструктурные решения, обеспечивающие абсолютную защиту информации). Перспективно развитие квантовых сенсоров (измерительные приборы, использующие сверхчувствительные квантовые эффекты).

Пока у руля развития квантовых технологий в России больше стоят ученые. Так, в марте 2023 года ученые МФТИ первыми в России экспериментально реализовали работающий алгоритм квантового обучения в цепочке сверхпроводящих кубитов. Квантовая нейросеть из нескольких кубитов решила задачи многоклассовой классификации и распознавания рукописных изображений с точностью более 90%.

Два месяца спустя предложенная учеными того же вуза модель квантового канала связи позволила предсказывать скорость распределения ключа, что поможет при создании отечественного спутника в будущем.

Летом 2023 года на магистральной волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) «Ростелекома» была протестирована технология квантового распределения ключей. Речь идет об инфраструктуре «Новой ТрансЕврАзийской линии связи» (TEA NEXT), на которой был проведен сеанс передачи данных между узлами проведения испытаний. Зафиксированные скорости оказались лучше типовых значений показателей работы для ВОЛС соответствующей длины (85 км) с использованием оптических волокон предыдущего стандарта почти в два раза.

В июне этого года стало известно, что телекоммуникационная компания «Раском» стала первым заказчиком на аренду квантовых волокон, предоставляемых на TEA NEXT. «Раском» получит в аренду темные волокна на высоко востребованном участке сети Москва – Петербург.

«Это поможет расширить пропускную способность сети «Раском», обеспечит максимально удобное обслуживание и оперативную организацию каналов связи для наших клиентов», - пояснил свою заинтересованность генеральный директор «Раском» Денис Ганза.

Инженеры холдинга «Швабе» разработали микроструктурированное оптоволокно с несколькими сердцевинами из кварцевого стекла. Такая конструкция позволяет снизить затраты энергии при передаче данных и повысить защищенность коммуникаций. Новый тип оптического волокна для сенсорных устройств используют в системах квантовых коммуникаций.

«Оптические волокна сегодня незаменимы в телеметрии, телемеханике, коммуникациях на транспорте и в авиакосмической отрасли», - перечисляет исполнительный директор «Ростеха» (куда входит «Швабе») Олег Евтушенко.

Квантовая гонка

«Многие компании в химической промышленности, банковском деле и автомобилестроении уже начали инвестировать в развитие квантовых систем в надежде, что их практическое использование начнется в ближайшее время», - говорит руководитель блока «Технологии» Сбербанка Андрей Белевцев.

Некоторые российские нефтяные компании запустили исследовательские программы по квантовым вычислениям. Они должны помочь в обработке и интерпретации сейсморазведочных работ, моделировании геологии и гидродинамики, логистике доставки продукции и т.д.

Сам Сбербанк также экспериментирует с квантовыми вычислениями и ищет для них практические бизнес-задачи. Так, в 2023 году дочка банка Cloud.ru создала специализированную лабораторию, которая ищет решения для бизнеса с использованием квантовых вычислений.  

Собственно, финтех, - одна из индустрий, которая может существенно видоизмениться под влиянием квантовых вычислений. Например, квантовые алгоритмы – популярное направление экспериментов банков. Их тестируют в целях минимизации финансовых рисков двух видов портфелей – ипотечных кредитов и казначейских векселей. Выяснилось, что квантовый алгоритм позволяет прийти к тем же выводам, что и традиционный, но при этом требуется лишь несколько десятков симуляций вместо тысяч и миллионов, проводимых в случае классических вычислений.

Кроме того, в России уже создана система видеоконференцсвязи (ВКС) DION с постквантовым шифрованием. Она способна на программном уровне противостоять кибератакам с применением квантовых компьютеров. Разработчики, Холдинг Т1, утверждают, что это первое отечественное решение в своем роде. Коммерческую версию продукта ждут не ранее 2024-2025 гг.

В круг потенциальных пользователей ВКС DION, по мнению руководителей компании, входят «представители крупного бизнеса, вне зависимости от отраслевой принадлежности, госорганы и госучреждения, любые субъекты критический информационной инфраструктуры». Именно они в первую очередь становятся объектами кибератак злоумышленников.

В мае этого года стало известно о том, что госкорпорация «Росатом» направила в Минцифры предложения, касающиеся использования квантовых технологий для трансформации госорганов. Предполагается, что квантовые технологии будут использоваться для решения сложных задач, связанных с планированием, прогнозированием, разработкой новых материалов и усилением возможностей ИИ.

Рынок квантовых вычислений на данный момент представляет собой модель B2B2B — бизнес квантовых вычислений работает чаще всего для исследовательской части бизнеса, который поставляет свои результаты конечному индустриальному или промышленному потребителю, говорят эксперты «Российского квантового центра».

«Это связано с сохраняющейся экзотичностью квантовых вычислений для индустрии, слабой распространенностью необходимых компетенций, а также с высоким порогом вхождения новых игроков в рынок», - объясняют в «Российском квантовом центре».

Снижение этого порога требует популяризации квантовых методов решения задач, а также создания специальных инструментов и площадок доступа к квантовым вычислителям. С их помощью потенциальные потребители могли бы при поддержке экспертов ознакомиться с возможностями квантовых вычислений и попробовать решить свои задачи на тестовых примерах, говорят эксперты.

Маргарита Моржакова для Mashnews