Гонка за квантовым превосходством началась: Сбер подготовил аналитический доклад о развитии квантовых вычислений

Сбер совместно с партнёрами — ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» и Институтом искусственного интеллекта AIRI — представил аналитический доклад «Квантовые вычисления: перспективы для бизнеса». В сборнике дана оценка текущего состояния и сделаны выводы о развитии квантовых вычислений, препятствиях и ограничениях, которые предстоит преодолеть на пути практического применения квантовых компьютеров как в мире, так и России. В докладе также содержится перечень задач, которые бизнес может решать с помощью квантовых вычислений, и обзор ключевых российских и зарубежных игроков в этой сфере.

Кванты — в фокусе внимания ведущих стран мира

Квантовые вычисления могут дать миру стимул для развития новых индустрий, основанных на обработке больших данных, отмечается в аналитическом докладе. Кроме того, они могут обеспечить повышение производительности и эффективности алгоритмов искусственного интеллекта, точности моделей и симуляций сложных систем (таких как молекулы новых лекарств, химические реакции или физические процессы), а также обеспечить новый уровень расчётов в финансах и логистике, новые решения климатических проблем и криптографические алгоритмы, которые обеспечат более высокий уровень безопасности.

Понимая прорывной потенциал этого направления, как отмечается в докладе, ведущие страны мира включают квантовые технологии в национальные программы и выделяют всё бОльшие бюджеты на исследования. Лидер здесь Китай с общим объёмом госфинансирования 15,3 млрд долларов.

Свои программы развития сегодня имеют ведущие технологические корпорации мира. Так, IBM, которая уже изготовила квантовый процессор на 433 кубита, планирует в этом году нарастить количество кубитов до 1121, а Google намерена показать устройство на тысячу кубит после 2025 года. О намерении разработать полный стек технологий для квантовых вычислений заявила корпорация Intel и уже выпустила на рынок квантовые чипы на спиновых кубитах, производимые при помощи технологий для выпуска классических полупроводниковых транзисторов.

Всё большее внимание в мире уделяется поддержке стартапов в области квантовых технологий. В 2022 году венчурные инвесторы по всему миру вложили в них 2,35 млрд долларов. Также в прошлом году в мире выдано и опубликовано почти 1600 патентов во всех подобластях квантовых вычислений: от физических реализаций квантового оборудования и коррекции ошибок до ИИ и машинного обучения.

Россия в «квантовой гонке»

В России работа в области квантовых вычислений ведётся над четырьмя ключевыми физическими платформами: сверхпроводниковыми кубитами, фотонными схемами, нейтральными атомами и ионами в ловушках. Сформировался пул организаций, среди которых как компании, так и научные институты и университеты, которые проводят исследования и разработки, изучают применимость квантовых вычислений к практическим задачам.

Основные технологические результаты, достигнутые в России:

• созданы экспериментальные образцы 8-кубитного квантового процессора на сверхпроводниках, 4-кубитного квантового компьютера на основе фотонных чипов и 16-кубитного квантового компьютера на нейтральных атомах (МГУ им. М. В. Ломоносова, Российский квантовый центр (РКЦ));
• представлен 16-кубитный процессор на ионах в ловушках на базе кудитов (ФИАН, РКЦ). Отрабатывается точность квантовых логических операций каждого из кубитов и их попарных взаимодействий;
• разработана демонстрационная схема 8-кубитного квантового симулятора на сверхпроводниках (МФТИ, МИСиС). По результатам 2022 г. в рамках работ по дорожной карте на нём впервые в России реализован алгоритм машинного обучения.

Для поступательного развития квантовых вычислений в России, согласно выводам аналитического доклада, нужно, чтобы в российском квантовом сообществе стало больше исследователей, а бизнес больше вовлекался в постановку задач и разработку прикладных технологий. Корпорациям надо быть более открытыми к внедрению нового и инвестировать в том числе в подготовку кадров для новой индустрии.

В целом авторы исследования приходят к выводам, что, хотя ещё никому в мире не удалось продемонстрировать практическое квантовое превосходство, тем не менее компаниям стоит планировать уже сегодня, что будет после его достижения. Квантовые вычисления способны достаточно органично встроиться в рабочие процессы обработки данных, используя адаптационные инструменты для популярных языков программирования и интерфейсов.

Альберт Ефимов, вице-президент, директор Управления исследований и инноваций Сбербанка:
«Сбер в соавторстве с партнёрами проанализировал ситуацию с квантовыми вычислениями в России и мире не просто с точки зрения науки, но и с точки зрения бизнеса, выяснив, как "кванты" повлияют на технологические компании. Изучив десятки отчётов, инвестиционных стратегий, национальных программ и дорожных карт ведущих стран и корпораций мира, мы пришли к выводу, что внедрение квантовых вычислений может дать кратное увеличение эффективности финансовых и логистических процессов, позволит ускорить разработку новых лекарств и материалов с заданными свойствами, обрабатывать огромные массивы данных и делать это не только быстро, но и со значительной экономией вычислительных ресурсов и энергии. А синергия "квантов" и ИИ открывает путь к новой технологической революции, во главе которой станет сильный искусственный квантовый интеллект. Это будет новый уровень умных машин, которые станут полноценными собеседниками, помощниками и ассистентами человека».

Александр Андрияш, научный руководитель ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова»:
«Для нас квантовые технологии и их развитие — это прежде всего инструмент для достижения практических целей, создания полезных устройств. Решить эту масштабную задачу — вне зависимости от физической реализации кубитов — возможно исключительно при условии тесного взаимодействия между физиками, аппаратными разработчиками, алгоритмистами, а главное, бизнес-заказчиками. Создать кубиты — инженерный вопрос, но научить их "жить долго", считать точно и полезно — глобальный физический, инженерный и математический вызов».