Квантовые компьютеры: зачем они нужны и когда они будут в каждом доме

Если коротко, то суть технологии в следующем. Вместо битов, которые находятся в положении либо «0», либо «1», квантовый компьютер использует квантовые биты (кубиты), которые содержат в себе оба положения одновременно с какими-то вероятностями. Благодаря этому квантовые компьютеры намного мощнее обычных. Они могут сравнительно быстро решать задачи, которые не потянут существующие суперкомпьютеры.

И это не всегда задачи космического масштаба. Например, представьте: вы запланировали большое путешествие по стране. Каждый город вы хотите посетить только один раз, а маршрут ищете, во-первых, кратчайший, а во-вторых, самый дешевый. Поиск самого выгодного пути, проходящего через указанные города с последующим возвратом в исходный город, в комбинаторике называют «задачей коммивояжера».

Решить ее не так просто, как кажется. Уже при относительно небольшом числе городов (больше 66) найти ответ классическими методами не получится быстрее, чем за несколько миллиардов лет. А городов в России больше тысячи.

Обычные компьютеры решить это бытовую задачу не могут. А квантовые — могут. Еще они отлично справляются с работой с нейронными сетями, моделированием природных процессов (в том числе процессов в человеческом организме, из чего вытекает и решение задачи поиска лекарств), а также, например, с шифрованием.

В России разработки в области квантовых вычислений ведут некоммерческие научные организации (Российский квантовый центр), крупные корпорации («Росатом», «Ростех», РЖД) и научные институты и университеты (МИСИС, МГУ, ИТМО, МФТИ и др.).

Российский квантовый центр начал свою деятельность в 2011-м — сейчас там работают научные группы, которые ведут исследования в рамках «Дорожной карты» по квантовым вычислениям. Карта описывает показатели, которых исследователи планируют достигнуть к 2024 году. О работе этих исследователей и о будущем компьютеров АЧБД рассказала Алена Мастюкова, научный сотрудник группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра и лаборатории университета МИСИС.

— Одна из наших целей — сделать квантовые вычисления доступными не только для ученых, но и для обычных пользователей. Сейчас в нашем центре тестируют платформы для облачного доступа к реальным квантовым процессорам — любой человек в перспективе сможет онлайн подключиться и решить свою задачу. Это может быть исследовательский или бизнес-проект компании, работа с большими данными или ИИ. Или, например, учебный проект по квантовым вычислениям.

Делать прогнозы о будущем компьютеров достаточно сложно. Когда только развивались классические, цифровые технологии, считалось, что для того, чтобы посчитать все, что необходимо человечеству, в принципе хватит пяти компьютеров. Но чуть больше чем через полвека мы видим, что ситуация совсем другая: у каждого человека сегодня в среднем по два-три «умных» устройства.

Для научных задач все развивается довольно стремительно, но в плане прикладного применения мы пока стоим на пороге развития квантовых технологий. Тем не менее, мне кажется, что еще 20–30 лет — и квантовые компьютеры все же найдут свое применение в руках обычных пользователей.

Люди могут даже не заметить, что какая-то технология будет основана на квантовых вычислениях, но при этом использовать ее повсеместно. Например, так сейчас происходит с продуктами первой квантовой революции: те же считыватели штрихкодов в магазинах (как и в целом лазеры) работают на основе квантовых эффектов. Но мало кто об этом задумывается.