Майбутнє сьогодні

Як застосування квантових комп’ютерів змінює ключові галузі економіки

Автор: Бахмат М

Рік тому в Google заявили, що виплатять $5 млн переможцю конкурсу XPRIZE Quantum Applications, якщо він запропонує практичні алгоритми квантових обчислень, які принесуть реальну користь. Відтоді ми вже спостерігали за тим, як квантові обчислення почали використовувати в енергетичному секторі, а також спостерігали за першою у світі алгоритмічною торгівлею на основі квантових технологій, яку продемонстрували HSBC спільно з IBM. Зростаюча кількість таких прикладів підтверджує, що застосування квантових комп’ютерів досягло критичної точки, коли технологія починає приносити реальний прибуток уже зараз, а не в далекому майбутньому.

Які конкретні завдання розв’язують квантові комп’ютери

В ООН оголосили 2025-й роком Міжнародним роком квантової науки і технологій. Це означає, що ми впритул наблизилися до моменту, коли квантові комп’ютери перейдуть від лабораторних експериментів до розв’язання реальних бізнес-завдань. IBM уже перебуває в «столітті квантової корисності», а чіп Willow від Google продемонстрував експоненціальне зниження помилок, наблизивши нас до практичної квантової переваги.

Квантова перевага — це здатність квантового комп’ютера розв’язувати конкретне завдання експоненціально швидше за будь-який класичний комп’ютер, включаючи найпотужніші суперкомп’ютери.

Економічна квантова перевага — це точка, в якій квантовий комп’ютер розв’язує практично важливе завдання не лише швидше, але й економічно вигідніше за класичний комп’ютер порівнянної вартості, забезпечуючи вимірювальну віддачу від інвестицій.

У найближчий час застосування квантових комп’ютерів дозволяє просунутися в розв’язанні проблем, які занадто складні, ресурсозатратні або не підлягають розв’язанню класичними обчислювальними системами. Ось деякі з них:

  • Моделювання квантових систем, які необхідні для здійснення проривних відкриттів у хімії та матеріалознавстві.
  • Розв’язання складних завдань оптимізації для пошуку оптимальних рішень для логістики, фінансів і виробництва.
  • Факторизація великих чисел, що актуально для криптографії, оскільки алгоритм Шора робить уразливими багато сучасних стандартів шифрування.
  • Пошук у неструктурованих базах даних, де алгоритм Гровера може значно прискорити пошук, що корисно для аналізу даних.

Як прогнозують у McKinsey, сумарний обсяг ринку квантових технологій досягне $97 млрд до 2035 року і $198 млрд до 2040, з них:

  • квантові обчислення — $28-72 млрд до 2035 року, $45-131 млрд до 2040 року
  • квантові комунікації — $11-15 млрд до 2035 року, $24-36 млрд до 2040 року
  • квантові сенсори — $0.5-2.7 млрд до 2035 року, $1-6 млрд до 2040 року.

Уже до кінця 2025 року прогнозується зростання виручки від застосування квантових комп’ютерів понад $1 млрд. Паралельно набирають оберти інвестиції: квантові стартапи отримують більше фінансування (майже половина на момент публікації статті припадає на два стартапи — PsiQuantum і Quantinuum). Також фіксується різкий ріст державного фінансування в таких країнах як США, Австралія та Японія.

Як квантові алгоритми можуть трансформувати ключові галузі

Унікальні можливості квантових комп’ютерів, такі як масивний паралелізм, заснований на принципах суперпозиції та заплутаності (лежать в основі квантових обчислень), дозволяють їм одночасно обробляти величезні обсяги даних. Це надає їм потенціал для революційних змін у кількох секторах.

Фармацевтика та охорона здоров’я: прискорення розробки ліків

Квантові комп’ютери можуть моделювати складні молекулярні взаємодії з безпрецедентною точністю. Це може призвести до проривів у лікуванні хвороб, прогнозуванні реакцій на ліки та тестуванні ефективності сполук набагато швидше, ніж класичними методами. Наприклад, компанія Pasqal підкреслює, що квантові алгоритми можуть моделювати складні взаємодії, з якими класичні системи впоратися не можуть.

Реальний приклад: протягом останніх чотирьох років компанії Roche і Cambridge Quantum Computing (CQC) використовують квантові обчислення для розробки лікарських препаратів, що вже дозволило скоротити терміни на 20-30%.

Фінанси: оптимізація оцінки ризиків і фінансового моделювання

У фінансовому секторі застосування квантових комп’ютерів може трансформувати оцінку ризиків, оптимізацію портфелів і фінансове моделювання. Вони здатні з високою швидкістю аналізувати величезні масиви фінансових даних і розв’язувати складні завдання оптимізації для торговельних стратегій. McKinsey зазначає, що на кону у фінансовій галузі стоять сотні мільярдів доларів, що робить її ключовою для квантових технологій.

Реальний приклад: Перша у світі квантова алгоритмічна торгівля, за якою стоять спільні компанії HSBC і IBM, здатність квантових комп’ютерів оптимізувати торгівлю облігаціями в середньому на 34%.

Матеріалознавство та виробництво: створення матеріалів майбутнього

Майбутні квантові обчислення можуть здійснити революцію в розробці нових матеріалів, моделюючи їхні властивості на атомарному рівні. Це критично важливо для проривів у створенні самовідновлювальних матеріалів, надефективних сонячних панелей або каталізаторів для промисловості. Microsoft зазначає, що інженери зможуть «проєктувати речі правильно з першого разу», що кардинально змінить розробку продуктів.

Реальний приклад: у BMW Group досліджують можливість застосування квантових комп’ютерів ще з 2017 року. Цього року один з найбільших автоконцернів спільно з Classiq і Nvidia почали працювати над покращенням електричної та механічної архітектури автомобілів майбутнього. Нова технологія, яка стане можливою завдяки квантовим обчисленням, допоможе розв’язувати складні конструкторські завдання — такі як оптимізація трансмісій і систем охолодження — і деякі виробничі процеси (наприклад, планування маршрутів роботів на заводах BMW Group).

Оптимізація та логістика: підвищення ефективності ланцюжків постачань

Квантові системи ідеально підходять для розв’язання складних завдань оптимізації, поширених в управлінні ланцюжками постачань, логістиці та транспорті. Виробники та логістичні компанії можуть використовувати квантові обчислення для мінімізації відходів і максимізації пропускної спроможності, встановлюючи нові галузеві стандарти.

Реальний приклад: великий роздрібний продавець товарів харчування PFG зіткнувся з різким зростанням кількості онлайн-замовлень у період пандемії. Співпрацюючи з D-Wave і використовуючи квантові алгоритми, PFG змогла скоротити час планування на 80%, знизила операційні витрати й масштабувала своє рішення на всі 120+ магазинів мережі в Канаді.

Кібербезпека: захист від сучасних загроз

Здатність квантових комп’ютерів зламувати поточні стандарти шифрування підкреслює гостру потребу у постквантовій криптографії (PQC). IBM активно співпрацює з органами зі стандартизації для підготовки до майбутнього, в якому сучасні методи шифрування стануть уразливими. Загроза «збирай зараз, розшифровуй потім» актуальна вже сьогодні.

Реальний приклад: компанії British Telecom, Arqit Quantum і Fortinet запустили доступний інтегрований продукт для квантово-безпечного VPN-зв’язку з використанням симетричного узгодження ключів. Це рішення автоматично створює надійні ключі шифрування та захищає VPN-з’єднання від сучасних хакерів і майбутніх квантових комп’ютерів.

Поточний прогрес і перспективи: гібридний підхід

Індустрія швидко розвивається, переходячи від експериментальної стадії до комерційних рішень. Наприклад, Google Quantum AI з чіпом Willow вже продемонструвала прорив у квантовій корекції помилок, виконавши завдання Random Circuit Sampling менш ніж за п’ять хвилин. IBM Quantum перейшов у «епоху квантової корисності» й планує створити відмовостійку систему Starling до 2029 року з обчислювальною потужністю 100 млн квантових вентилів на 200 логічних кубітах. Microsoft Quantum з чіпом Majorana 1 розробляє топологічні кубіти для підвищення надійності на апаратному рівні, що дозволить розмістити мільйон кубітів на одному чіпі розміром з долоню.

За останній рік кількість патентів у квантовій індустрії зросла на 13%, як підрахували у McKinsey, при цьому в лідерах перебуває компанія IBM, після якої йде Google. Квантові обчислення як сервіс (QCaaS) уже пропонують найбільші дата-центри, забезпечуючи доступ до різних типів квантових процесорів. Це робить застосування квантових комп’ютерів доступним навіть тим компаніям, які не можуть дозволити собі власну квантову інфраструктуру вартістю мільйони доларів.

А поки це не перетвориться на масову історію, складні завдання розв’язуватимуться за допомогою гібридного підходу. Який об’єднує квантові обчислення, високопродуктивні класичні обчислення (HPC) і штучний інтелект. У цій моделі квантовий комп’ютер виконує спеціальні ресурсомісткі завдання (симуляція, оптимізація), HPC бере на себе основне навантаження традиційних обчислень, а штучний інтелект покращує результати обох обчислень.

Виклики та шлях уперед

Попри прогрес, існують серйозні перешкоди, які індустрія квантових обчислень намагається подолати.

Основний виклик — технічний: технологія все ще молода, а застосування квантових комп’ютерів потребує складного охолодження за допомогою дорогих кріогенних систем і спеціалізованого обслуговування. Залишається актуальним питання корекції помилок, адже кубіти надзвичайно тендітні та схильні до декогеренції від найменших зовнішніх впливів — шуму, тепла, електромагнітних полів. Але тут ситуація вже змінюється: компанія Google з чіпом Willow змогла домогтися експоненціального зниження помилок при масштабуванні, що стало першим практичним кроком до відмовостійких квантових систем. І третя проблема — це масштабованість: сучасні системи працюють із сотнями кубітів, але для розв’язання практичних завдань знадобляться мільйони.

Якщо розглядати нетехнічні виклики, у списку лідирує людський фактор — а саме, дефіцит талантів. У McKinsey зазначають низький рівень закриття вакансій у квантовій сфері, і ця ситуація змінюється дуже повільно попри зусилля технологічних гігантів на кшталт IBM, яка вже запустила відповідні освітні програми.

Chief Operating Officer Colobridge, Андрій Михайленко:

«Що таке застосування квантових обчислень на практиці? Це перехід від теоретичних досліджень до розв’язання конкретних бізнес-завдань, які приносять вимірний прибуток уже сьогодні. Для наших клієнтів квантові технології становлять подвійний виклик і можливість. З одного боку, ми бачимо реальні загрози — алгоритм Шора може зламати сучасні методи шифрування, тому перехід на постквантову криптографію стає більше ніж рекомендацією, коли компанії вже сьогодні повинні планувати міграцію на квантово-стійкі стандарти шифрування. З іншого боку, ми спостерігаємо вражаючі комерційні результати, які згадувалися в статті.

Наша роль як інфраструктурного партнера — допомогти клієнтам підготуватися до квантової ери, коли багато бізнесів отримають доступ до високопродуктивних квантових обчислень без необхідності створювати власні дорогі лабораторії, і зможуть отримати з цього конкурентну перевагу».

Найголовніше про застосування квантових комп’ютерів

  • Квантові обчислення досягли критичної точки переходу від теорії до практики з вимірним прибутком уже сьогодні.
  • HSBC покращила алгоритмічну торгівлю на 34%, Roche скоротила терміни розробки ліків на 20-30%, PFG знизила час планування логістики на 80%.
  • До кінця 2025 року виторг квантових компаній перевищить $1 млрд, а до 2040 року ринок досягне $198 млрд згідно з прогнозами McKinsey.
  • Чотири ключові області застосування включають моделювання квантових систем, оптимізацію складних завдань, факторизацію великих чисел і пошук у неструктурованих базах даних.
  • У найближчий час практикуватиметься гібридний підхід, що об’єднує квантові обчислення, високопродуктивні класичні системи та ШІ.

Квантові технології вже змінюють правила гри в найрізноманітніших галузях. Дізнайтеся у експертів Colobridge, як підготувати вашу ІТ-інфраструктуру до квантової ери та не втратити конкурентні переваги завтрашнього дня.

Допоможіть нам, стати краще! Наскільки корисний цей пост?

Будь ласка, оцініть цей матеріал, натиснувши на зірочки нижче!

Середній рейтинг 5 / 5. Кількість оцінок: 2

No votes so far! Be the first to rate this post.

Back to top button