Чому квантові обчислення знову в центрі уваги
Інтерес до квантових обчислень відновився на тлі того, що ринок і суспільство ще «перетравлюють» феномен штучного інтелекту. Усі думають про обчислення вищої швидкості та надспроможності машин, і квантові обчислення є логічним наступним кроком у цьому напрямку. Додатковим каталізатором стало те, що нещодавно кілька компаній, які перебувають фактично у зародковому стані свого розвитку, вийшли на біржу через IPO під вивіскою квантових обчислень.
Для інвесторів зараз існує кілька можливостей у цій сфері — їх справді чимало. Проте слід підкреслити головне застереження: це дуже, дуже рання стадія розвитку галузі. Будь-які інвестиційні рішення мають ухвалюватися з повним усвідомленням цього факту.
Чим квантові обчислення відрізняються від ШІ (пояснення простими словами)
Питання: у чому різниця між квантовими обчисленнями та досягненнями, які ми бачимо у сфері ШІ? Це, ймовірно, найскладніша галузь для перекладу на мову пересічної людини. Для людини з фізичною освітою тут звичними є терміни на кшталт гільбертових просторів, ермітових операторів, нотації «бра-кет», але для тих, хто не має фізичного диплома, усе це не має сенсу.
Найкращий спосіб зрозуміти суть — уявити систему, яка є надзвичайно гіперефективною у розв'язанні дуже складних задач. Це відрізняється від ШІ: штучний інтелект допомагає з творчими рішеннями, тоді як квантовий комп'ютер радше схожий на «високошвидкісного мула» (хоча це й звучить як оксиморон) — машину, яка методично перемелює надзвичайно складні оптимізаційні задачі.
Класичний приклад — задача комівояжера: у вас є 50 міст, ви хочете відвідати кожне з них, але в якому порядку слід їх об'їхати, щоб, скажімо, мінімізувати витрати на пальне? Це класична оптимізаційна задача, яку квантові обчислення «з'їдять на обід».
Порівняння конкурентних технологій і пошук лідера
Питання: як порівняти конкурентні підходи — надпровідникові, на основі захоплених іонів (trapped ion) та фотонні — і чи є зараз очевидний лідер? Так, лідер є. Складність для потенційного інвестора полягає в тому, що вивчати фізику він не буде — це забере надто багато «мозкових клітин» і років вивчення квантової механіки. Тому потрібен обхідний шлях, і тут можна дати кілька практичних порад.
Головний критерій оцінки, на думку автора, — чи потрібно технології працювати при абсолютному нулі. Багато конкурентів змушені функціонувати саме при абсолютному нулі. Іконічне зображення квантового процесора Google, що нагадує гігантську золоту люстру, працює, як це не дивно, при температурі мінус 460° за Фаренгейтом — поблизу абсолютного нуля, холодніше за відкритий космос.
Існують інші способи. Можна мати так званий процесор на нейтральних атомах (neutral atom), який не потребує ультрахолодного середовища і працює при кімнатній температурі. Як колишній фізик, автор радить обирати моделі, що не вимагають наднизьких температур. Причина проста: треба лише уявити, наскільки це складно і наскільки чутливою є така система до ультранизьких температур. Натомість квантовий комп'ютер кімнатної температури дозволяє одразу прибрати одну зі складностей — необхідність підтримувати наднизьку температуру.
Існують і інші параметри, але саме зараз головним рушієм є питання: як вивести ці пристрої на ринок із найменшими технічними ускладненнями. Тому слід «викреслити» ультрахолодні рішення і залишитися з рішеннями кімнатної температури.
Чи можливий раптовий прорив, який створить недосяжний відрив
Питання: якщо якась компанія чи група компаній зробить прорив, чи не прискорять вони розрив між собою та рештою; і наскільки великий прорив потрібен, щоб це сталося? Це дуже проникливе питання, і відповідь така: фізику ми розуміємо повністю. Серед тих, хто очолює ці компанії, немає лауреатів Нобелівської премії, які щойно зробили відкриття, — тобто прориву на боці теоретичної фізики не буде. Уся теорія, як це не дивно, встановлена ще з 1920-х років. «Дивність» квантової механіки нам зрозуміла.
Проблема натомість лежить у механічній, технологічній площині — у тому, як реалізувати квантово-механічну модель на практиці. У цьому сенсі прорив, по суті, уже відбувається — це досягнення роботи при кімнатній температурі. Усі інші проблеми є радше фізичними (інженерними) викликами, а не теоретичними.
Чи можливий справжній «квантовий стрибок» (quantum leap)? Автор не вважає, що це станеться. Натомість слід очікувати «кінних перегонів» (horse race) між різними технологіями, де лідером, що вирвався на ніс попереду інших — принаймні на цьому етапі — є оператори рішень кімнатної температури.
Очікувані строки та проблема корекції помилок
Питання: як оцінити очікування щодо того, коли ця технологія буде використовуватися повсякденно і реально вийде на ринок, з огляду на слова Дженсена Хуанга з Nvidia, який близько року тому казав, що це віддалено на десятиліття? Тут варто погодитися частково: ми, ймовірно, переоцінюємо розвиток наступних 3 років, але водночас недооцінюємо те, що станеться за наступні 10–15 років.
При цьому певні компанії вже на межі досягнення так званої квантової переваги (quantum supremacy), що просто означає низький рівень помилок завдяки їх корекції. Це підводить до теми, яку важливо пояснити окремо: ці машини зараз схожі на перший літак братів Райт — дуже крихкі, відриваються лише на кілька футів від землі, але доводять, що політ можливий. У квантових обчисленнях наявні помилки: машину вмикають, певний короткий час вона працює, а потім її раптово «накривають» помилки.
Процес корекції помилок просувається поступовими, інкрементальними кроками. Можливо, у цьому й станеться прорив, але автор у це не вірить. Радше це буде неухильна, поступова робота над побудовою дедалі більшого комп'ютера, який зрештою розв'язуватиме реальні задачі.
Перші реальні успіхи та сфера застосування
Уже є певні успіхи — зокрема ранні досягнення у квантовій хімії, наприклад у матеріалознавстві. Водночас важливо наголосити: це не будуть домашні комп'ютери, що виконуватимуть для нас текстову обробку. Це вузькоспеціалізовані машини для дуже технічних і складних задач — головним чином для оптимізаційних задач або для квантової хімії та матеріалознавства, у тому числі для фармацевтики.
Підсумок
Квантові обчислення перебувають на дуже ранньому етапі, де теоретична база давно зрозуміла, а основні виклики є інженерними та технологічними. Ключовою практичною перевагою наразі виглядають рішення, що працюють при кімнатній температурі, оскільки вони усувають одну з найскладніших проблем — підтримку наднизьких температур. Замість одного раптового «квантового стрибка» слід очікувати поступових перегонів між технологіями, повільного вдосконалення корекції помилок та перших реальних застосувань у вузьких, але цінних сферах на кшталт квантової хімії, матеріалознавства та фармацевтики. Для інвесторів це означає реальні можливості, але з обов'язковим усвідомленням ранньої та ризикованої природи галузі.
