Автор: Бахмат М
Год назад в Google заявили, что выплатят $5 млн победителю конкурса XPRIZE Quantum Applications, если он предложит практические алгоритмы квантовых вычислений, которые принесут реальную пользу. С тех пор мы уже наблюдали за тем, как квантовые вычисления начали использовать в энергетическом секторе, а также наблюдали за первой в мире алгоритмической торговлей на основе квантовых технологий, которую продемонстрировали HSBC совместно с IBM. Растущее число таких примеров подтверждает, что применение квантовых компьютеров достигло критической точки, когда технология начинает приносить реальную прибыль уже сейчас, а не в отдаленном будущем.
- Какие конкретные задачи решают квантовые компьютеры
- Как квантовые алгоритмы могут трансформировать ключевые отрасли
- Текущий прогресс и перспективы: гибридный подход
- Вызовы и путь вперед
- Самое главное о применении квантовых компьютеров
Какие конкретные задачи решают квантовые компьютеры
В ООН объявили 2025-й годом Международным годом квантовой науки и технологий. Это означает, что мы вплотную приблизились к моменту, когда квантовые компьютеры перейдут от лабораторных экспериментов к решению реальных бизнес-задач. IBM уже находится в «эпохе квантовой полезности», а чип Willow от Google продемонстрировал экспоненциальное снижение ошибок, приблизив нас к практическому квантовому преимуществу.
Квантовое преимущество — это способность квантового компьютера решать конкретную задачу экспоненциально быстрее любого классического компьютера, включая самые мощные суперкомпьютеры.
Экономическое квантовое преимущество — это точка, в которой квантовый компьютер решает практически важную задачу не только быстрее, но и экономически выгоднее классического компьютера сопоставимой стоимости, обеспечивая измеримый возврат инвестиций.
В ближайшее время применение квантовых компьютеров позволяет продвинуться в решении проблем, которые слишком сложные, ресурсозатратные или не подлежат решению классическими вычислительными системами. Вот некоторые из них:
- Моделирование квантовых систем, которые необходимы для совершения прорывных открытий в химии и материаловедении.
- Решение сложных задач оптимизации для поиска оптимальных решений для логистики, финансов и производства.
- Факторизация больших чисел, что актуально для криптографии, поскольку алгоритм Шора делает уязвимыми многие современные стандарты шифрования.
- Поиск в неструктурированных базах данных, где алгоритм Гровера может значительно ускорить поиск, что полезно для анализа данных.
Как прогнозируют в McKinsey, суммарный объем рынка квантовых технологий достигнет $97 млрд к 2035 году и $198 млрд к 2040, из них:
- квантовые вычисления — $28-72 млрд к 2035 году, $45-131 млрд к 2040 году
- квантовые коммуникации — $11-15 млрд к 2035 году, $24-36 млрд к 2040 году
- квантовые сенсоры — $0.5-2.7 млрд к 2035 году, $1-6 млрд к 2040 году.
Уже к концу 2025 года прогнозируется рост выручки от применения квантовых компьютеров свыше $1 млрд. Параллельно набирают обороты инвестиции: квантовые стартапы получают больше финансирования (почти половина на момент публикации статьи приходится на два стартапа — PsiQuantum и Quantinuum). Также фиксируется резкий рост государственного финансирования в таких странах как США, Австралия и Япония.
Как квантовые алгоритмы могут трансформировать ключевые отрасли
Уникальные возможности квантовых компьютеров, такие как массивный параллелизм, основанный на принципах суперпозиции и запутанности (лежат в основе квантовых вычислений), позволяют им одновременно обрабатывать огромные объемы данных. Это дает им потенциал для революционных изменений в нескольких секторах.
Фармацевтика и здравоохранение: ускорение разработки лекарств
Квантовые компьютеры могут моделировать сложные молекулярные взаимодействия с беспрецедентной точностью. Это может привести к прорывам в лечении болезней, прогнозировании реакций на лекарства и тестировании эффективности соединений гораздо быстрее, чем классическими методами. Например, компания Pasqal подчеркивает, что квантовые алгоритмы могут моделировать сложные взаимодействия, с которыми классические системы справиться не могут.
Реальный пример: в течение последних четырех лет компании Roche и Cambridge Quantum Computing (CQC) используют квантовые вычисления для разработки лекарственных препаратов, что уже позволило сократить сроки на 20-30%.
Финансы: оптимизация оценки рисков и финансового моделирования
В финансовом секторе применение квантовых компьютеров может трансформировать оценку рисков, оптимизацию портфелей и финансовое моделирование. Они способны с высокой скоростью анализировать огромные массивы финансовых данных и решать сложные задачи оптимизации для торговых стратегий. McKinsey отмечает, что на кону в финансовой отрасли стоят сотни миллиардов долларов, что делает ее ключевой для квантовых технологий.
Реальный пример: Первая в мире квантовая алгоритмическая торговля, за которой стоят совместные компании HSBC и IBM, способность квантовых компьютеров оптимизировать торговлю облигациями в среднем на 34%.
Материаловедение и производство: создание материалов будущего
Будущие квантовые вычисления могут произвести революцию в разработке новых материалов, моделируя их свойства на атомарном уровне. Это критически важно для прорывов в создании самовосстанавливающихся материалов, сверхэффективных солнечных панелей или катализаторов для промышленности. Microsoft отмечает, что инженеры смогут «проектировать вещи правильно с первого раза», что кардинально изменит разработку продуктов.
Реальный пример: в BMW Group исследуют возможность применения квантовых компьютеров еще с 2017 года. В этом году один из крупнейших автоконцернов совместно с Classiq и Nvidia начали работать над улучшением электрической и механической архитектуры автомобилей будущего. Новая технология, которая станет возможной благодаря квантовым вычислениям, поможет решать сложные конструкторские задачи — такие как оптимизация трансмиссий и систем охлаждения — и некоторые производственные процессы (например, планирование маршрутов роботов на заводах BMW Group).
Оптимизация и логистика: повышение эффективности цепочек поставок
Квантовые системы идеально подходят для решения сложных задач оптимизации, распространенных в управлении цепочками поставок, логистике и транспорте. Производители и логистические компании могут использовать квантовые вычисления для минимизации отходов и максимизации пропускной способности, устанавливая новые отраслевые стандарты.
Реальный пример: крупный розничный продавец товаров питания PFG столкнулся с резким ростом количества онлайн-заказов в период пандемии. Сотрудничая с D-Wave и используя квантовые алгоритмы, PFG смогла сократить время планирования на 80%, снизила операционные затраты и масштабировала свое решение на все 120+ магазинов сети в Канаде.
Кибербезопасность: защита от современных угроз
Способность квантовых компьютеров взламывать текущие стандарты шифрования подчеркивает острую необходимость в постквантовой криптографии (PQC). IBM активно сотрудничает с органами по стандартизации для подготовки к будущему, в котором современные методы шифрования станут уязвимыми. Угроза «собирай сейчас, расшифровывай потом» актуальна уже сегодня.
Реальный пример: компании British Telecom, Arqit Quantum и Fortinet запустили доступный интегрированный продукт для квантово-безопасной VPN-связи с использованием симметричного согласования ключей. Это решение автоматически создает надежные ключи шифрования и защищает VPN-соединения от современных хакеров и будущих квантовых компьютеров.
Текущий прогресс и перспективы: гибридный подход
Индустрия быстро развивается, переходя от экспериментальной стадии к коммерческим решениям. Например, Google Quantum AI с чипом Willow уже продемонстрировала прорыв в квантовой коррекции ошибок, выполнив задачу Random Circuit Sampling менее чем за пять минут. IBM Quantum перешел в «эпоху квантовой полезности» и планирует создать отказоустойчивую систему Starling к 2029 году с вычислительной мощностью 100 млн квантовых вентилей на 200 логических кубитах. Microsoft Quantum с чипом Majorana 1 разрабатывает топологические кубиты для повышения надежности на аппаратном уровне, что позволит разместить миллион кубитов на одном чипе размером с ладонь.
За последний год количество патентов в квантовой индустрии выросло на 13%, как подсчитали в McKinsey, при этом в лидерах находится компания IBM, после которой следует Google. Квантовые вычисления как сервис (QCaaS) уже предлагают крупнейшие дата-центры, обеспечивая доступ к разным типам квантовых процессоров. Это делает применение квантовых компьютеров доступным даже тем компаниям, которые не могут позволить себе собственную квантовую инфраструктуру стоимостью миллионы долларов.
А пока это не превратится в массовую историю, сложные задачи будут решаться с помощью гибридного подхода. Который объединяет квантовые вычисления, высокопроизводительные классические вычисления (HPC) и искусственный интеллект. В этой модели квантовый компьютер выполняет специальные ресурсоемкие задачи (симуляция, оптимизация), HPC берет на себя основную нагрузку традиционных вычислений, а искусственный интеллект улучшает результаты обоих вычислений.
Вызовы и путь вперед
Несмотря на прогресс, существуют серьезные препятствия, которые индустрия квантовых вычислений пытается преодолеть.
Основной вызов — технический: технология все еще молодая, а применение квантовых компьютеров требует сложного охлаждения с помощью дорогостоящих криогенных систем и специализированного обслуживания. Остается актуальным вопрос коррекции ошибок, ведь кубиты чрезвычайно хрупки и подвержены декогеренции от малейших внешних воздействий — шума, тепла, электромагнитных полей. Но здесь ситуация уже меняется: компания Google с чипом Willow сумела добиться экспоненциального снижения ошибок при масштабировании, что стало первым практическим шагом к отказоустойчивым квантовым системам. И третья проблема – это масштабируемость: современные системы работают с сотнями кубитов, но для решения практических задач потребуются миллионы.
Если рассматривать нетехнические вызовы, в списке лидирует человеческий фактор – а именно, дефицит талантов. В McKinsey отмечают низкий уровень закрытия вакансий в квантовой сфере, и эта ситуация меняется очень медленно несмотря на усилия технологических гигантов вроде IBM, которая уже запустила соответствующие образовательные программы.
Chief Operating Officer Colobridge, Андрей Михайленко:
«Что такое применение квантовых вычислений на практике? Это переход от теоретических исследований к решению конкретных бизнес-задач, которые приносят измеримую прибыль уже сегодня. Для наших клиентов квантовые технологии представляют двойной вызов и возможность. С одной стороны, мы видим реальные угрозы — алгоритм Шора может взломать современные методы шифрования, поэтому переход на постквантовую криптографию становится больше чем рекомендацией, когда компании уже сегодня должны планировать миграцию на квантово-устойчивые стандарты шифрования. С другой стороны, мы наблюдаем впечатляющие коммерческие результаты, которые упоминались в статье.
Наша роль как инфраструктурного партнера — помочь клиентам подготовиться к квантовой эре, когда многие бизнесы получат доступ к высокопроизводительным квантовым вычислениям без необходимости создавать собственные дорогостоящие лаборатории, и смогут получить из этого конкурентное преимущество».
Самое главное о применении квантовых компьютеров
- Квантовые вычисления достигли критической точки перехода от теории к практике с измеримой прибылью уже сегодня.
- HSBC улучшила алгоритмическую торговлю на 34%, Roche сократила сроки разработки лекарств на 20-30%, PFG снизила время планирования логистики на 80%.
- К концу 2025 года выручка квантовых компаний превысит $1 млрд, а к 2040 году рынок достигнет $198 млрд согласно прогнозам McKinsey.
- Четыре ключевые области применения включают моделирование квантовых систем, оптимизацию сложных задач, факторизацию больших чисел и поиск в неструктурированных базах данных.
- В ближайшее время будет практиковаться гибридный подход, объединяющий квантовые вычисления, высокопроизводительные классические системы и ИИ.
Квантовые технологии уже меняют правила игры в самых разных отраслях. Узнайте у экспертов Colobridge, как подготовить вашу IT-инфраструктуру к квантовой эре и не упустить конкурентные преимущества завтрашнего дня.
