Основы квантовой механики были заложены сто лет назад, а 2025 год ООН объявила Международным годом квантовой науки и технологий. И все это происходит на фоне того, что человечество как никогда близко к превращению квантовых вычислений в реальность — подобно тому, как это уже случилось с электричеством, полётами в космос и интернетом. Что скрывается за квантовыми вычислениями, почему они стали возможными и какую пользу из этого может извлечь человечество — эта статья.
- Как работает квантовый компьютер
- Что такое кубит: ключевое отличие от традиционных вычислений
- Где квантовые вычисления дают наибольшую пользу
- Готовность к внедрению квантовых технологий
- Когда квантовые вычисления станут массовыми: технологии и игроки
- Итоги: суть квантовых вычислений за 60 секунд
Как работает квантовый компьютер
Квантовые вычисления — это достаточно новое направление в компьютерных науках, которое использует преимущество квантовой механики для ресурсоемких вычислительных задач. То есть тех, которые не способны решать даже самые мощные компьютеры мира. Когда мы говорим о квантовых вычислениях, мы также подразумеваем использование квантового оборудования — это физическая составляющая процесса. А также квантовые алгоритмы, которые используются в вычислениях.
Давайте разберемся, чем квантовый компьютер отличается от обычного и в чем его превосходит.
Что такое кубит: ключевое отличие от традиционных вычислений
Квантовые вычисления могут стать альтернативой высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing). В традиционных компьютерах минимальной единицей информации является бит, а в квантовых — кубит. Если бит принимает только одно из двух состояний (нуль или единица), то кубит — множество состояний, в которых он может пребывать одновременно до того момента, когда его состояние будет измерено. Это так называемая суперпозиция, или же основной принцип квантовой механики. И именно суперпозиция позволяет быть квантовым компьютерам настолько мощными для решения самых сложных и ресурсоемких задач.
Резюмируем:
Кубит — это эквивалент компьютерного бита и наименьшая единица информации в квантовом компьютере.
Суперпозиция — это способность кубита находиться в множестве позиций одновременно ровно до того времени, как его состояние будет измерено.
Как выглядит разница между битом (традиционные вычисления) и кубитом (квантовые вычисления):
Благодаря суперпозиции квантовые алгоритмы обрабатывают информацию в тысячи раз быстрее, чем самые мощные компьютеры мира. Например, задача, которую они будут выполнять миллионы лет, квантовый компьютер решит за несколько минут.
Если вы новичок, представьте кубит как волчок, который одновременно вращается во все стороны. Только когда вы на него смотрите — он «выбирает», куда указывает.
Также для лучшего понимания принципов квантовых вычислений введем еще два понятия: запутанность и интерференция.
Запутанность — это квантовое явление, при котором два и более кубита становятся настолько связанными, что начинают влиять друг на друга. И зная состояние одного кубита, мы можем определить состояние других, связанных с ним, как бы далеко они не находились друг от друга.
Интерференция — это взаимное влияние квантовых состояний кубитов друг на друга, в результате чего меняется конечная вероятность результатов измерения их состояния.
Почему запутанность и интерференция так важны для понимания квантовых вычислений? Если рассказывать, как работают квантовые компьютеры простыми словами, то первая позволяет передавать информацию значительно быстрее, чем в обычных компьютерных системах. А интерференция позволяет «настроить» суперпозицию так, чтобы усиливать нужные результаты и подавлять ошибочные.
Где квантовые вычисления дают наибольшую пользу
По данным отчета GlobalData в промежутке между 2026 и 2030 годами стоимость рынка квантовых вычислений достигнет $10 млрд, в то время как в 2022-м он оценивался максимум в $1 млрд. Эксперты уверены: бизнесу не стоит ждать еще более стремительного роста, иначе он рискует отстать от конкурентов. Это косвенно подтверждают результаты исследования Deloitte: здесь уверены, что до конца 2025 года квантовые вычисления будут добавлены в список услуг ведущих дата-центров мира.
Давайте посмотрим, где могут появиться первые успешные кейсы практического применения квантовых вычислений.
Квантовое машинное обучение
Квантовые компьютеры будут более эффективными в тех задачах, которые сегодня решают с помощью традиционного машинного обучения: обработку естественного языка, анализ больших данных, поиск закономерностей, выявление аномалий и другие.
Финансы и инвестиции
Квантовые вычисления будут помогать оптимизировать крупные инвестиционные портфели и определять эффективные стратегии управления рисками. Квантовые алгоритмы будут моделировать поведение финансовых рынков с учетом огромного количества переменных и сценариев, недоступных для классических компьютерных систем.
Медицина и фармацевтика
Использованием высокопроизводительных вычислительных систем позволяет значительно ускорить разработку новых лекарств. Например, в 2024 году исследователи использовали гибридную квантово-классическую модель, чтобы разработать молекулы, блокирующих онкологически значимый белок KRAS.
Логистика
Здесь эта технология помогает оптимизировать маршруты доставки, управлять запасами и прогнозировать спрос. Свою эффективность в построении маршрутов уже доказали квантовые алгоритмы Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) и Variational Quantum Eigensolver (VQE). А среди тех, кто исследует потенциал квантовых вычислений в своей работе — компании DHL и Volkswagen.
Кому стоит начать изучать квантовые вычисления уже сейчас — разработчикам, инвесторам, и IT-директорам, ищущим конкурентное преимущество.
Готовность к внедрению квантовых технологий
Количество подобных сценариев постоянно увеличивается. Например, Mercedes-Benz делает ставку на квантовые технологии в создании автомобилей будущего, заручившись поддержкой IBM. Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) разрабатывает кванто-устойчивую криптографию. А британский телеком-оператор British Telecom совместно с Arqit Quantum и Fortinet — квантово-защищенный VPN.
Но квантовые вычисления не могут полностью заменить традиционные вычисления на 100% — в этом нет смысла. Однако они идеально подходят для требовательных к ресурсам сценариев вычислений, которые характерны для перечисленных выше отраслей и отдельных компаний.
Когда квантовые вычисления станут массовыми: технологии и игроки
Человечество сильно приблизилось к тому, чтобы решать сложные задачи с помощью квантовых вычислений. Например, в AWS уже предлагает полностью управляемый сервис квантовых вычислений Amazon Braket. Он ориентирован в первую очередь на ученых, исследователей и R&D-лаборатории, которые могут экспериментировать с разными типами квантовых устройств, сравнивать результаты работы разных алгоритмов, тестировать гибридные (на стыке классических и квантовых) решения.
Компания Google, в свою очередь, еще несколько лет назад разработала собственный квантовый чип Sycamore, и недавно команде исследователей Google Research удалось подтвердить, что он превосходит по производительности классические мощные компьютеры. Из последних достижений — Willow представитель следующего поколения квантовых чипов Google Quantum AI. В Google называют его большим шагом к созданию квантового суперкомпьютера, способного на сложные вычисления с коррекцией ошибок — этапом, на котором будет раскрыт потенциал квантовых вычислений
Комментарий эксперта:
«Когда квантовые вычисления в Украине станут реальностью? На это нет ответа. Но развитие квантовых вычислений однозначно стимулирует интерес к строительству новых дата-центров или расширение услуг в уже существующих — хотя бы потому, что абсолютное большинство компаний даже из Fortune Global 500 не сможет создать или приобрести собственный квантовый компьютер. А это значит, что скоро мы увидим, как в продуктовых портфелях дата-центров и поставщиков облачных услуг появятся квантовые сервисы. Крупнейший в ЕС оператор Equinix (по данным рейтинга Сloudscene), в одном из ДЦ находится часть вычислительных мощностей Colobridge, уже предлагает квантовые вычисления по сервисной модели (quantum compute-as-a-service, QCaaS). Почему это выгодно: даже если какая-то компания сможет найти ресурсы на разработку или покупку, а в дальнейшем содержание квантового компьютера, она будет привязана только к одному типу вычислений, на которые тот способен. И наоборот, «квантовые вычисления как сервис» обеспечат гибкость, так как позволят использовать разные IT-решения под конкретные задачи бизнеса».
Итоги: суть квантовых вычислений за 60 секунд
- Единица информации — кубиты, которые находятся в суперпозиции
- Обеспечивают экспоненциальное ускорение задач
- Идеальны для ML, фармацевтики, финансов и логистики
- Доступны как сервис (QCaaS) у ведущих дата-центров
- Массовое распространение — к 2026–2030
Узнайте больше о вычислительных возможностях технологической платформы Colobridge. Расскажите о ваших бизнес-задачах и требованиях, а наши специалисты предложат вам оптимальное по производительности, безопасности и гибкости IT-решение.
