Квантовый скачок на ПМЭФ: компьютера еще нет, но мир уже перестраивается

Квантовый компьютер еще не решает полезные задачи лучше классического — и это окно возможностей

Екатерина Солнцева

директор по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом»

Если бы сейчас квантовый компьютер уже что-то умел делать лучше классического, мы оказались бы в очень сложной ситуации. Большинство компаний развели бы руками и пошли искать людей, которые умеют этим пользоваться, а потом — программное обеспечение, которое можно запустить на таком компьютере. Поэтому у нас, по счастью, еще есть время. Но не очень большое: момент, когда квантовый компьютер сможет показывать реальные практические результаты, по разным прогнозам наступит где-то между 2030 и 2035 годами. С точки зрения развития рынков это завтра.

Сейчас нам нужно сфокусироваться на практически ориентированном софте, сделанном на базе квантовых алгоритмов. У нас российскими разработками покрыты все основные базовые квантовые алгоритмы и существенная часть существующих в мире модификаций. Следующий шаг — понять, как эти алгоритмы встроить в программное обеспечение, которое решает конкретные практические задачи.

Представьте, что мы написали программу, запустили ее на квантовом компьютере, и он дал какой-то результат. Если это научная деятельность, понятно, что делать: ученые берут это как гипотезу и проверяют. А если результат — производственное планирование или конструкция изделия, нам нужно понять, насколько мы можем ему доверять. Классический компьютер мы можем проверить, сведя задачу к более простым вещам, понятным человеческому мозгу. А квантовый вычислитель не может быть проверен человеком напрямую. Пока задачи достаточно малые, чтобы проверить их на классическом компьютере, мы должны разработать подходы, которым сможем доверять потом, на большом масштабе.

Маркетинг бежит быстрее технологии

Руслан Юнусов

сооснователь Российского квантового центра

Технологический рост в квантовых вычислениях идет очень быстро: за последние пару лет произошло много прорывов — логические кубиты и прочее. Но если по-честному рассказать, что именно произошло — инвесторам этого покажется мало, они захотят больше. И тогда маркетологи в квантовых стартапах, которые уже стоят миллиарды долларов, начинают придумывать новые нарративы: гибридные вычисления, квантовый компьютер вместе с искусственным интеллектом, дата-центры квантовых компьютеров. Все инвестируют в ИИ — значит, кванты тоже должны расти.

Пока без гибридного подхода квантовый компьютер не может показать ничего по-настоящему классного. Он сможет, но не сегодня. Это как если бы вы посеяли и захотели собрать урожай через две недели. Подождите, дайте вырасти: семена уже проросли, все хорошо. Но жесткий мир инвестиций требует гораздо большего роста, и маркетологи начинают рассказывать про превосходство.

Маркетинг надо отделять от технологий. Технологии в квантовых вычислениях движутся очень быстро, и это хорошо. Но пока на полезной задаче квантовый компьютер не победил суперкомпьютер. Скоро победит. А дальше будут споры, насколько это полезная задача. Он же не за один день все задачи решит.

Квантовая связь уже вышла из лаборатории

Артур Глейм

начальник департамента квантовых коммуникаций ОАО «РЖД»

Квантовая коммуникация — это комплексная задача. Мы привыкли относить ее к квантовым технологиям, но сегодня, когда мы вышли из разработки базовых технологий в разработку продуктов и сервисов, понятно: продукт состоит из трех совмещенных технологий. Это квантовая физика, телекоммуникации и информационная безопасность. Только когда эти три аспекта соединяются, появляется сервис, который можно довести до конечного потребителя и встроить в инфраструктуру.

Путь, который должны пройти квантовые коммуникации, — это что-то похожее на эволюцию от рации до мобильной связи. У вас может быть базовая технология: вы кодируете голос радиосигналом, передаете и слышите. Но у вас еще нет продукта в потребительском смысле. Первое, что нам нужно было сделать, — научиться строить сеть не корпоративного, а федерального масштаба. Это другой технологический стек: управление, мониторинг, эксплуатация, регламенты.

Уже сейчас квантовые коммуникации являются частью инфраструктуры российских железных дорог. Они находятся на регулярном дежурстве, в эксплуатационном режиме. Пока это наш внутренний потребитель, хотя РЖД — это больше миллиона пользователей в совокупности. Но следующий шаг — выдать этот сервис наружу, привлечь внешних потребителей.

Главный вызов — данные, которые должны оставаться защищенными десятилетиями

Алексей Федоров

вице-президент «Газпромбанка», руководитель научной группы квантовой информационной технологии

У квантового компьютера, наряду с созидательными приложениями — оптимизация, моделирование, улучшение отдельных частей машинного обучения, — есть свойство, позволяющее взламывать современные криптографические алгоритмы. Не все, но определенные классы. А эти классы мы широко используем. Большая часть данных, которые передаются в интернете, шифруется алгоритмами, уязвимыми к атакам с квантовых компьютеров.

Квантовое распределение ключей базируется не на математике, которую квантовый или постквантовый компьютер может сломать, а на фундаментальных физических принципах. Это уровень физических законов, который можно превратить в технологию и использовать. Есть еще постквантовая криптография — новое поколение алгоритмов, построенное из предположения, что у злоумышленника есть мощный квантовый компьютер. Абсолютно ли она устойчива? Нет, потому что может появиться другая вычислительная технология. Практична и эффективна ли она? Да.

Вячеслав Шумков

руководитель департамента по управлению интеллектуальной собственностью и квантовыми технологиями компании «Инопрактика»

Задача пилотных проектов — чтобы заказчик понял: квантовая технология — это не фантастика. Есть существующее оборудование, есть заводы по его производству, есть магистраль. И это оборудование не так сложно встраивается в корпоративную инфраструктуру. Конечно, это и вопрос стоимости. Но тут можно спросить: сколько стоит ваша безопасность? Каждый оценивает ее по-разному.

Артур Глейм

Мы часто сравниваем традиционные технологии и квантовые технологии с точки зрения защиты информации, но такое сравнение не всегда корректно. Квантовые коммуникации работают с другой философией: что такое информация, что такое защищенность, что такое доверие. Базовый принцип квантовых сетей — long-life security, то есть возможность сделать систему безопасной независимо от того, что происходит в меняющемся мире.

Если сегодня риск взлома кажется минимальным, это не значит, что завтра или через месяц он останется таким же. Это меняющаяся величина, и самое страшное, что мы ее не контролируем. В индустрию идут колоссальные ресурсы — деньги, время, люди, инвестиции. А если это финансы? Вы готовы вкладывать капитал на 50 лет, понимая, что через пять лет риск из минимального может стать реалистичным?

Не каждой технологии нужен свой ChatGPT

Екатерина Солнцева

ChatGPT появился спустя несколько десятилетий после старта развития искусственного интеллекта. Очень долго было непонятно, зачем и как именно можно применять искусственный интеллект и насколько ему можно доверять. Я еще застала времена, когда вполне серьезные российские IT-компании считали, что искусственный интеллект — временная история, сейчас опять наступит очередная зима. В каком-то смысле ИИ — технология-чемпион по количеству зим.

Мы сейчас еще не очень понимаем, для какого масштаба задач будет использоваться квантовый компьютер. Кажется, то, что мы понимаем, — только небольшая доля, а впереди огромный пласт. Поэтому не для каждой технологии нужен свой ChatGPT. Добраться до каждого пользователя — не обязательное условие развития. Думаю, в горизонте примерно пяти лет мы увидим существенный рост практического применения, но будет ли это массовое использование — скорее нет. На мой взгляд, квантовые вычисления в первую очередь будут востребованы производственными компаниями и бизнесом, потому что их основной эффект — решение масштабных задач, которые перед частным пользователем не всегда стоят.

Руслан Юнусов

Можно привести пример, как квантовый компьютер за один день получит 100 миллионов пользователей. Алгоритм оптимизации трафика будет встроен, например, в Google Maps или в «Яндекс Навигатор», и за один день все им попользуются. Они даже знать не будут, что их задачу решали на квантовом компьютере, но база пользователей квантового компьютера за один день станет больше, чем у ChatGPT.

Кудиты или кубиты?

Алексей Федоров

Марина спросила про кудиты — многоуровневые квантовые системы, с которыми мы работаем, — и про то, насколько это революционная история. Если коротко: обычно квантовые вычисления строят на кубитах, то есть двухуровневых квантовых системах. Мы вводим их в состояние суперпозиции, запутываем, программируемым образом меняем их состояние и так решаем вычислительную задачу. Но сами физические системы, которые мы используем, от природы не двухуровневые, а многоуровневые. И тут возникает вопрос: это баг или фича? Почему мы забываем о ресурсах, которые нам дает природа?

В атоме могут быть десятки и сотни энергетических уровней, которые мы можем контролировать. Кудиты позволяют в одном атоме, одном ионе, одном электроне кодировать больше логических состояний. Так можно масштабировать квантовый компьютер не только за счет количества информационных носителей, но и за счет сложности кодировки внутри каждого из них.

Мы в рамках дорожной карты под координацией «Росатома» разрабатывали один из квантовых компьютеров именно на кудитном принципе. Сейчас такой компьютер функционирует в лаборатории Физического института Академии наук. Мы показали несколько тестовых алгоритмов, на которых кудиты работают лучше, чем кубиты. Построение квантового компьютера — без преувеличения одна из самых сложных задач, с которыми сталкивалось человечество: обуздать микроскопические объекты и заставить их работать, вычислять что-то полезное для всех нас. И если природа дает возможность использовать кудиты, эту возможность точно нельзя игнорировать.

В гонке с Китаем и США нельзя победить «на коленке»

Руслан Юнусов

Китай и Америка очень быстро движутся вперед в области квантовых вычислений. Нам говорят: подумайте на несколько лет вперед, что можно сделать, как догнать. Мы подумали — говорим: дайте денег. А нам говорят: попробуйте сделать без денег. Но там (в Америке и в Китае. — Прим. ред.) что, дураки сидят и зря деньги просят? Наш ВВП примерно в десять раз меньше американского и китайского, а финансирование программ — не в десять, а в пятьдесят и более раз меньше. Оборудование у нас дороже из-за санкций. Как мы должны не уступить в этой борьбе?

Объективно мы отстаем. Когда стартовала дорожная карта, был буст: мы быстро реализовали идеи и построили вычислители, сделали хороший рывок. А теперь этого недостаточно. На коленке сделать ловушку уже недостаточно. Чтобы продолжать быть в гонке, нужны соизмеримые инвестиции. Пусть меньше, но соизмеримые. Сейчас в России таких инвестиций нет. Я хочу, чтобы Россия была лидером, но надо понимать: бесплатно так не бывает.

Екатерина Солнцева

Я согласна с Русланом: бесплатно сделать рывок невозможно. Но я не столь пессимистична относительно нашего будущего. Мне кажется, мы можем побороться в практическом применении. Здесь недостаточно ученых и инженеров, нужна теснейшая связка с теми, кто ставит задачу. И И тут у нас хорошие позиции, потому что в России за развитие технологий отвечают госкорпорации, а значит, такая смычка происходит почти автоматически.

Когда мы стали разрабатывать первые пилотные проекты на «Прорыве», две команды сели друг напротив друга: квантовые физики и атомщики, которые хотели поставить задачу. С момента, когда задачу сформулировали на человеческом уровне, до момента, когда появилось техническое задание, прошло два года. Сейчас мы этот путь проходим примерно за месяц. Но это сложно.

Что должно случиться в ближайшие пять лет

Руслан Юнусов

Когда говорят: «Гонка кубитов закончилась, мы перешли в следующую эру», — ничего подобного. Мы не построили квантовый компьютер с достаточным количеством кубитов и достаточной точностью. У нас его нет. А маркетинг создает ощущение, будто мы уже там, где все достигнуто. Мы не там.

Хорошо бы, чтобы в России появилось решение полезной задачи с квантовым превосходством — либо в энергоэффективности, либо в скорости. Думаю, это будет не универсальный квантовый компьютер, а какой-то симулятор, который сможет решить конкретную задачу. Больше он ничего сделать не сможет, но это он сможет сделать хорошо.

Артур Глейм

Для меня реалистичная задача — чтобы каждый третий, максимум каждый четвертый шифратор в стране был Quantum Ready. Я не говорю, что он должен быть полностью интегрирован с инфраструктурой квантовой коммуникации, но инфраструктура должна позволять быстро потреблять такой сервис и внедряться.

Мы должны перейти от широких каналов передачи данных к индустриальным сервисам. Квантовая инфраструктура должна становиться частью новой технологической платформы потребления. С одной стороны это безопасность, с другой — рынки и новая индустрия. На горизонте пяти лет это вполне реально.

Екатерина Солнцева

Я бы пошла не в технологическую сторону. Важным событием стало бы появление первых экспортных контрактов в области квантовых технологий.

Вячеслав Шумков

Наша задача — обеспечить переход квантовых технологий из лабораторий в реальные бизнес-процессы российских компаний. Для этого в «Иннопрактике» сформирован полный контур компетенций: от сильной команды экспертов до уникальной научной инфраструктуры, включая созданную в стратегическом партнерстве с НИЦ «Курчатовский институт» Межуниверситетскую квантовую сеть. Сегодня квантовые коммуникации уже достигли высокой технологической готовности, поэтому ключевой фокус смещается на их масштабирование и внедрение в корпоративный сектор.

С точки зрения внедрения важным событием в ближайшие пять лет могло бы стать появление регуляторных требований по применению технологий квантовых коммуникаций — для определенных классов задач и данных, где квантовая коммуникация необходима или рекомендована.