Как квантовые технологии трансформируют современный мир и наше будущее?
Многие представляют себе квантовый компьютер как обычный ноутбук, только значительно более мощный. Однако это глубокое заблуждение. Квантовые машины функционируют на основе экзотических физических явлений, происходящих между их основными компонентами – кубитами, пишет 24 Канал.
Смотрите также Представлена первая в мире операционная система для квантовых компьютеров
Это была бы ошибка, поскольку квантовые компьютеры принципиально отличаются,
– объясняет эксперт по квантовым вычислениям Гарвардского университета и ведущий автор книги "Building Quantum Computers" Шаян Маджиди.
Для того, чтобы ориентироваться в этой сложной теме, стоит выделить три фундаментальных аспекта, а точнее, стереотипы или ошибки, которые бытуют среди людей.
Это уже наша реальность
Во-первых, важно осознать, что квантовые компьютеры – это не технология далекого будущего, а реальность, которая уже существует. Вопреки распространенному вопросу "когда они появятся", ученые по всему миру уже используют их в ежедневной работе. Некоторые компании даже предоставили публичный доступ к своим системам, позволяя исследователям и энтузиастам подключаться к квантовым мощностям из своего дома, пишет New Scientist.
Хотя они еще не стали такими же массовыми, как большие языковые модели, их специализация постоянно расширяется. Сегодня специалисты используют эти устройства как для фундаментальных научных исследований, так и для создания компонентов будущих крупномасштабных квантовых сетей.
Я не удивлюсь, если в течение 5 – 10 лет я буду наставлять студентов, которые просто регулярно будут получать доступ к квантовым компьютерам через облако,
– прокомментировал развитие технологии Шаян Маджиди.
Лучше, но не совсем
Во-вторых, квантовые компьютеры не сделают каждое вычисление проще или быстрее. Существует ошибочное мнение, что они со временем сделают классические компьютеры устаревшими. На самом деле квантовые машины являются не "быстрее" в общем смысле, а скорее "иначе способными". Они демонстрируют значительное преимущество только в решении очень специфических задач.
- К таким задачам относятся разложение больших чисел на множители, что имеет критическое значение для взлома современных методов шифрования, и быстрый поиск в неструктурированных базах данных.
- Также они незаменимы для моделирования сложных квантовых систем, решения определенных задач оптимизации и операций линейной алгебры при определенных условиях.
Однако для повседневных дел, таких как просмотр веб-страниц, отправки сообщений или видеоигры, квантовый компьютер не дает никаких преимуществ по сравнению с обычным ноутбуком. Использовать такую мощную технику для задач, с которыми легко справляется классическая архитектура, было бы пустой тратой ресурсов.
Больше не значит лучше
В-третьих, квантовый компьютер не работает как большое количество классических компьютеров, функционирующих одновременно. Распространенный миф о "бесконечном параллелизме" утверждает, что благодаря состоянию суперпозиции кубиты проверяют все возможные варианты расчетов одновременно. Хотя кубит действительно может находиться в комбинации состояния нуля и единицы, и теоретически n кубитов могут описываться огромным количеством вариантов (2 в степени n), проблема заключается в том, что эту информацию невозможно прочитать в полном объеме.
В момент измерения квантовое состояние "коллапсирует" до одного обычного классического значения. Поэтому настоящая суть квантовых алгоритмов заключается в другом – ученые разрабатывают их так, чтобы усиливать правильные ответы и подавлять ложные. В совершенных алгоритмах все наложенные варианты взаимодействуют так, что во время финального измерения появляется именно правильный результат.
Таким образом, квантовые вычисления открывают новую эру инноваций, но они остаются специализированными инструментами для решения конкретных, сверхсложных научных и математических проблем, которые ранее считались невыполнимыми.
Вам также будет интересно: история квантовых компьютеров – от идеи до современных решений
Идея квантового компьютера возникла еще в 1980-х годах, когда физики поняли, что классические компьютеры плохо справляются с моделированием квантовых процессов. Одним из главных теоретиков этого направления стал Ричард Фейнман, который в 1981 году предложил создать машину, что сама работала бы по законам квантовой механики. Вскоре идею развил Дэвид Дойч, который описал концепцию универсального квантового компьютера.
В отличие от обычных компьютеров, которые работают с битами в состоянии 0 или 1, квантовые компьютеры используют кубиты. Они могут находиться в нескольких состояниях одновременно благодаря явлению суперпозиции. Другая важная особенность – квантовая запутанность, когда состояние одного кубита напрямую связано с состоянием другого. Именно это теоретически позволяет таким системам выполнять некоторые вычисления гораздо быстрее традиционных суперкомпьютеров, пишет 24 Канал.
Первые десятилетия квантовые компьютеры существовали преимущественно в виде теории и лабораторных экспериментов. Практический прорыв начался в 1990-х годах. В 1994 году математик Питер Шор создал алгоритм, который показал, что квантовый компьютер может чрезвычайно быстро раскладывать большие числа на простые множители. Это стало шоком для криптографии, поскольку современное шифрование в значительной степени базируется именно на сложности таких вычислений.
Первые экспериментальные квантовые логические операции провели в 1995 году в лаборатории NIST под руководством лауреата Нобелевской премии Дэвидом Уайнлендом. Именно этот эксперимент часто называют рождением практических квантовых вычислений, пишет IonQ.
Кто выпустил первый квантовый компьютер?
Если говорить о первом коммерческом квантовом компьютере, то им обычно считают систему компании D-Wave Systems, представленную в 2011 году. Впрочем, вокруг нее было много споров. Часть ученых не считала D-Wave "настоящим" универсальным квантовым компьютером, поскольку система использовала специализированный метод квантового отжига и была пригодна только для узкого круга задач.
Кто выпускает их сейчас?
Сегодня квантовые компьютеры разрабатывают сразу несколько технологических гигантов и специализированных компаний. Среди главных игроков – IBM, Google Quantum AI Google Quantum AI, Microsoft Quantum, IonQ, Rigetti Computing, Quantinuum и уже упомянутая D-Wave Systems. Каждая из них использует различные подходы: сверхпроводниковые кубиты, ионные ловушки, фотонные системы или даже топологические кубиты.
Больше всего практических успехов пока демонстрируют IBM и Google.
- IBM стала первой компанией, которая открыла доступ к квантовому компьютеру через облако еще в 2016 году, напоминает 24 Канал. Компания регулярно увеличивает количество кубитов в своих процессорах и уже создала системы с более 1000 физических кубитов.
- Google прославилась в 2019 году после заявления о достижении "квантового преимущества", когда ее процессор Sycamore выполнил специализированную задачу быстрее классического суперкомпьютера.
На что способны квантовые компьютеры?
Современные квантовые компьютеры пока не способны заменить обычные ПК или серверы. Они очень нестабильны, требуют охлаждения почти до абсолютного нуля и часто допускают ошибки. Но даже нынешние системы уже используются для экспериментов в химии, фармацевтике, логистике и финансах.
Одно из самых перспективных применений – моделирование молекул и материалов. Квантовые компьютеры могут помочь создавать новые лекарства, аккумуляторы или сверхпроводники. Они также потенциально способны оптимизировать сложные логистические сети, транспортные системы и биржевые расчеты. Исследователи изучают использование квантовых алгоритмов для развития искусственного интеллекта и машинного обучения. В частности, в исследовании на страницах arXiv ученые работали в сфере квантовой химии.
Опасны ли квантовые компьютеры и какую угрозу они могут нести для человечества?
В то же время квантовые компьютеры несут и серьезные риски. Самая большая угроза связана с криптографией. Достаточно мощный квантовый компьютер теоретически сможет взламывать популярные алгоритмы шифрования RSA и ECC, которые сегодня используются в банках, мессенджерах, VPN, цифровых подписях, паролях и государственных системах.
Поэтому правительства и технологические компании уже активно переходят к постквантовой криптографии, чтобы избежать ситуации, когда хакеры похитили данные сегодня, а расшифровали через 10 лет. Хотя большая часть информации к тому времени потеряет актуальность, существуют данные, которые будут актуальными десятилетиями – военные секреты, чертежи оружия и баз, государственные тайны и тому подобное.
Есть и другая проблема – неравный доступ к технологии. Если только несколько государств или корпораций получат работоспособные квантовые машины, это может создать огромное технологическое и экономическое преимущество. Кроме того, существуют опасения относительно использования квантовых систем в военной сфере, разведке и кибероперациях.
Какой самый мощный квартовый компьютер сегодня?
Вопрос о "самом мощном" квантовом компьютере сегодня остается сложным, поскольку все зависит от критериев оценки. По количеству физических кубитов среди лидеров находятся системы IBM. Однако в квантовых вычислениях важнее не количество кубитов, а уровень ошибок и наличие так называемых логических кубитов – стабильных, защищенных от ошибок элементов.
В 2024 – 2025 годах одним из самых громких прорывов стал процессор Willow от Google Quantum AI. Компания показала, что ее система смогла работать ниже порога ошибок – то есть добавление новых кубитов реально уменьшало количество ошибок, а не увеличивало их. Это считается одним из ключевых шагов к созданию полноценного квантового компьютера, говорится в исследовании на Nature.
IBM в 2025 году представила новую дорожную карту создания большого отказоустойчивого квантового компьютера Starling. Компания заявляет, что к 2029 году система сможет выполнять 100 миллионов квантовых операций с использованием 200 логических кубитов, пишет IBM Newsroom.
Какие прорывы в квантовых компьютерах появились за последние годы?
Среди других прорывов последних лет – развитие квантовой коррекции ошибок, создание более стабильных логических кубитов, эксперименты с топологическими кубитами Microsoft, а также новые архитектуры масштабирования, включая 3D-подключением кубитов для систем на 10 000 кубитов, сообщает Live Science.
Так где же отрасль сегодня?
Как подытоживает 24 Канал, несмотря на громкие заявления, отрасль все еще находится на этапе, который ученые называют NISQ – "шумные квантовые системы среднего масштаба". Это означает, что квантовые компьютеры уже существуют и работают, но пока не стали массовыми или универсально полезными машинами.
Реальный переход к полноценным квантовым вычислениям, по оценкам большинства компаний, может занять еще по меньшей мере 5 – 15 лет.