Взгляд в российское квантовое будущее

Дмитрий Васильков - Основатель и СЕО QuSolve. В октябре Минфин США прекратил экспорт в Россию услуг, связанных с квантовыми вычислениями и квантовыми компьютерами. Также под санкции попали российские компании, которые «помогают поддерживать военную машину» при помощи квантовых вычислений. Эти меры, по словам министерства, «подорвут способность России наращивать свои военные силы». Что происходит в сфере квантовых технологий сегодня и действительно ли запрет на квантовые компьютеры больно ударит по России? Фото: depositphotos.com Квантовые компьютеры Начнем с того, что своих полномасштабных квантовых компьютеров в России нет. Впрочем, как и во всем остальном мире. Такие компьютеры уникальны тем, что благодаря законам квантовой физики и усилиям учёных они потенциально способны находить за пару минут решение тех задач, на которые у обычного компьютера ушли бы сотни лет. Идею квантовых вычислений впервые предложил советский математик Юрий Манин ещё в 1980 году. Сейчас уже созданы прототипы таких компьютеров, которые работают с кубитами. Кубит может быть единицей и нулем одновременно, а также принимать промежуточные состояния, что и помогает в теории решать сложные задачи. Сразу отвечая на ваш вопрос, в теории — потому что таких кубитов нужны тысячи для решения реальных практических задач, которые стоят перед производством или уж тем более перед государством. Современные же квантовые компьютеры, если их так можно назвать, доходят только до ста кубитов, да и те очень нестабильны и легко теряют свое квантовое состояние. Так что запрет на экспорт квантовых компьютеров — скорее, дополнительный пиар-ход. Динамика развития Тем не менее в 2021 году инвесторы вложили примерно $1 млрд в компании, которые работают над квантовыми вычислениями. По данным PitchBook, это больше, чем за три предыдущих года вместе взятых. Сравните только: $187,5 млн в 2019 году, $93,5 млн в 2015‑м. Все играют на повышение. Деньги идут в разработку мощностей, которые будут готовы к работе на горизонте десятилетия, а инвесторы просто делают ставку, что коммерциализация может начаться раньше. Еще в 2013 году квантовыми вычислениями в мире занимались всего несколько университетов и стартапов, большинство из которых финансировались государством, а к 2020 году на рынке работало уже около двухсот команд, в том числе российских, которые разрабатывали широкий спектр технологий и приложений. Например, они строили бизнес на квантовом моделировании и оптимизации, линейной алгебре для искусственного интеллекта и машинного обучения. При этом обычный компьютер никуда не ушел и не уйдет. Квантовый компьютер будет использоваться лишь для определенных классов сложных вычислительных задач (их еще называют NP), а классический, как и сейчас, для всего остального. Почему не использовать вычислительные мощности будущего для задач с простой логикой? Дело в том, что квантовый компьютер даже с тысячей кубитов будет умножать два на два всегда гораздо медленнее классического, но только еще и за очень большие деньги. А самое главное, ровно 4 будет получаться с вероятностью, стремящейся к нулю. Чтобы получить правильный ответ, нужно будет несколько раз умножить 2*2, проанализировать статистику результатов, вычислить математическое ожидание и оценить, с какой вероятностью правильный ответ — 4. Использовать квантовый компьютер нужно там, где из триллионов комбинаций необходимо выбрать наилучшую. Например, смоделировать взаимодействие сложных белковых молекул. Квантовые технологии На самом деле, Россия находится в передовой группы стран, развивающих квантовые технологии — на нашу долю приходится более 4% научных работ по квантовым технологиям в мире, и мы занимаем восьмое место по количеству выданных патентов в этой области. Конечно, это не «первое» место, но и гонка только началась. Более того, квантовые технологии — довольно общее понятие, которое включает в себя не только квантовые вычисления, о которых мы подробно говорили выше, но, например, квантовые коммуникации и квантовые измерительные приборы. И если где-то мы отстаем, то где-то идем в ногу со временем. Так, например, в 2021 году Россия представила уникальный прототип квантового компьютера на ионах. А на Петербургском международном экономическом форуме в этом году предложили создать национальную квантовую сеть (ее невозможно взломать или прослушать), которая объединит все университеты и центры, ведущие работы в области квантовых технологий. Напомним, что подобная сеть уже работает в тестовом режиме, соединяя две российских столицы — Москву и Санкт-Петербург. Это одна из самых протяженных квантовых сетей в мире. Неудивительно, что ответственные за квантовые коммуникации ОАО «РЖД» тоже внесли в санкционный список. Другим примером развития квантовых технологий в России является использование квантово-вдохновленных алгоритмов. Такие алгоритмы ускоряют поиск решения на обычном компьютере, без использования квантового. В частности, квантово-вдохновленные алгоритмы у нас активно используют металлурги, и помогают им в этом отечественные компании. К сожалению, никаких новостей об инвестициях в эту сферу в России последнее время не поступало. О том, что это перспективное направление, способное уже сейчас выгодно заменить квантовые компьютеры, говорят иностранные заголовки и объемы инвестиций. Так, совсем недавно европейская венчурная компания 2xN инвестировала $120 млн в разработку квантово-вдохновленных алгоритмов. Бюджет дорожной карты по квантовым вычислениям в России составляет $800 млн за 2020–2025 гг. Новые санкции, которые касаются квантовых вычислений, вряд ли сильно повлияют и уж точно не заморозят эту сферу в России. Впрочем, надо помнить, что не просто бездействие, но и серьезное отставание в этой области опасно для государства, так как создает угрозу национальной безопасности страны. Сейчас технологическое отставание России от США и Китая в области квантовых вычислений составляет примерно семь лет.