Індустрія квантових технологій: зростання, інновації та перспективи на майбутнє

Автор: Бахмат М., аналітик у галузі квантових технологій. 

Ця стаття представляє поглиблений аналіз поточного стану та майбутньої траєкторії розвитку індустрії квантових технологій, що базується на останніх ринкових даних та експертних оцінках.

• Ключові тези про індустрію квантових технологій
• Скільки інвестують у квантові технології та як швидко зростає ринок?
• Хто є провідними гравцями та новаторами в індустрії квантових технологій?
• Де у світі розвиваються інноваційні хаби квантових технологій?
• Які основні перешкоди на шляху широкого впровадження квантових технологій?
• Перспективи квантових технологій: коли квантові обчислення стануть масовими?
• Вивчайте квантові технології далі: освіта та ресурси
• Часті запитання про індустрію квантових технологій

Ключові тези про індустрію квантових технологій:

• Значні інвестиції та зростання: Квантовий ринок залучає суттєві інвестиції. Прогнозується його стрімке зростання, особливо у сфері квантових обчислень, що може сягнути від $28 до $72 мільярдів до 2035 року.
• Різноманітний ландшафт гравців: В галузі представлені як великі технологічні гіганти, такі як Google, Microsoft та IBM, так і стрімко зростаюча кількість стартапів, що спеціалізуються на апаратному, програмному забезпеченні та послугах.
• Глобальні інноваційні хаби: Ключові регіони, такі як Північна Америка, Азія та Європа, активно розвивають інноваційні кластери за рахунок державного та приватного фінансування, а також академічної співпраці.
• Наявні виклики: Незважаючи на швидкий прогрес, галузь стикається з такими перешкодами, як технологічна незрілість, висока вартість, труднощі з масштабуванням та критична нестача талантів.
• Довгостроковий потенціал: Хоча для широкого впровадження великомасштабних застосунків може знадобитися ще 15–20 років, корисні рішення для конкретних завдань, як очікується, з’являться раніше, обіцяючи революціонізувати різні галузі.

Коментар експерта

«У квантовій індустрії конкретні цифри інвестицій за минулий рік можуть стати історією за одну ніч. Для лідерів ключовим є не точне число, а траєкторія та масштаб. Тенденція експоненційного зростання можливостей та стійких багатомільярдних державних зобов’язань є незаперечною. Надмірна концентрація на спаді приватного фінансування за один рік не дозволяє побачити загальну картину: прямо зараз закладаються основи для нової технологічної ери. Справжній виклик полягає в тому, щоб підготувати вашу організацію до майбутнього, яке настає швидше, ніж його встигають фіксувати річні звіти».

Скільки інвестують у квантові технології та як швидко зростає ринок?

Квантовий ринок залучає значні інвестиційні потоки. Загальний обсяг приватних інвестицій у стартапи в галузі квантових технологій досяг $6,7 млрд для квантових обчислень, $1,2 млрд для квантового зв’язку та $0,7 млрд для квантових сенсорів, хоча загальний обсяг інвестицій у QT-стартапи знизився на 27% у річному обчисленні у 2023 році. Незважаючи на ці коливання, інвестори зберігають оптимізм щодо довгострокових перспектив. Водночас державне фінансування залишається на високому рівні: станом на 2023 рік уряди по всьому світу оголосили про виділення приблизно $42 млрд на розвиток QT.

Ринок квантових обчислень очікує стрімке зростання. За даними Fortune Business Insights, очікується, що ринок зросте з $928,8 млн до $6,5 млрд до 2030 року, що відповідає середньорічному темпу зростання у 32,1%. Подальші сценарії розміру ринку, включно з аналізом McKinsey, припускають, що лише ринок квантових обчислень може досягти від $28 млрд до $72 млрд до 2035 року та від $45 млрд до $131 млрд до 2040 року. Це зростання є частиною ширшої тенденції, в рамках якої квантові технології можуть створити до $2 трлн економічної цінності в ключових галузях, таких як хімія, медико-біологічні науки, фінанси та транспорт, до 2035 року.

Хто є провідними гравцями та новаторами в індустрії квантових технологій?

Ландшафт індустрії квантових технологій включає як великих гравців, що давно існують, так і численні стартапи. Серед помітних компаній, що активно розробляють апаратне, програмне забезпечення та платформи, — Google, Microsoft, IBM та Pasqal. Лише у сфері квантових обчислень налічується понад 261 стартап, що займаються апаратним та програмним забезпеченням, а також послугами, при цьому виробники обладнання продовжують залучати найбільший обсяг інвестицій.

Ці провідні компанії досягають значних успіхів. Наприклад, Google Quantum AI представила Willow, свій новітній передовий квантовий чип, що демонструє «експоненційну квантову корекцію помилок нижче порогу!» і виконав еталонне обчислення менш ніж за п’ять хвилин, на що у суперкомп’ютера пішло б 10 септильйонів років (1025 років). Хартмут Невен, засновник і керівник Google Quantum AI, підкреслює, що Willow — це «переконливий знак того, що корисні, дуже великі квантові комп’ютери справді можуть бути створені».

IBM Quantum також є великою силою з місією створення квантових комп’ютерів для вирішення нерозв’язних іншими способами завдань. Вони розробили потужний стек для квантових обчислень та представили амбітну дорожню карту щодо досягнення квантової переваги до 2026 року, націлюючись на створення великомасштабного відмовостійкого квантового комп’ютера Starling, здатного виконувати 100 мільйонів квантових операцій на 200 логічних кубітах до 2029 року. Маттіас Тройєр, технічний науковий співробітник IBM, зазначає їхню відданість: «Із самого початку ми хотіли створити квантовий комп’ютер для комерційного застосування, а не лише для інтелектуального лідерства». IBM також керує 15+ квантовими системами утилітарного масштабу по всьому світу, а їхній чип Heron має 156 кубітів.

Microsoft проклала новий шлях зі своїм чипом Majorana 1, заснованим на топологічній архітектурі. Цей прорив використовує топологічні провідники для створення більш надійних та масштабованих кубітів з чітким шляхом до розміщення мільйона кубітів на одному чипі. Як заявляє Четан Наяк, технічний науковий співробітник Microsoft: «Що б ви не робили у квантовому просторі, у вас має бути шлях до мільйона кубітів. Якщо його немає, ви зіткнетеся зі стіною, не досягнувши масштабу, необхідного для вирішення справді важливих проблем, які нас мотивують». Підхід Microsoft націлений на стійкість до помилок на апаратному рівні, спрощуючи квантові обчислення за допомогою цифрового керування.

Багато компаній одночасно займаються кількома квантовими технологіями, а деякі пропонують квантові обчислення як послугу (QaaS), дозволяючи підприємствам та дослідникам отримувати доступ до потужностей квантових обчислень через хмару без створення власного обладнання.

Де у світі розвиваються інноваційні хаби квантових технологій?

Розвиток квантових технологій відбувається по всьому світу, з формуванням активних регіональних екосистем у Північній Америці, Азії та Європі. Ці інноваційні кластери є критично важливими для сприяння тісній співпраці між урядом, науковими колами та промисловістю, що необхідно для просування технологій та ключових сценаріїв використання.

• США лідирують серед окремих країн за кількістю виданих патентів у галузі QT, а також за обсягом приватного фінансування та кількістю стартапів у сфері квантових обчислень. Ключові інноваційні хаби включають Boston Area Quantum Network, Chicago Quantum Exchange та Mid-Atlantic Quantum Alliance.
• Китай демонструє значні державні інвестиції (понад $15 млрд), має спеціалізовані дослідницькі інститути та зростаючу патентну активність, особливо в галузі квантового зв’язку. Хефей відзначається як ключовий інноваційний кластер.
• Індія запустила Національну квантову місію з фінансуванням у $730 млн і планує створити 21 квантовий хаб та 4 квантові дослідницькі парки.
• Ізраїль має консорціум з квантових обчислень, що досліджує різні технології кубітів, за підтримки $368 млн державного фінансування.
• Країни Європи, такі як Франція, Німеччина, Велика Британія та Нідерланди, також мають значне державне фінансування та дослідницькі центри. Європейський Союз та Велика Британія лідирують за кількістю та щільністю випускників у галузі QT. Помітні кластери включають Париж (Франція), Делфт (Нідерланди) та Munich Quantum Valley (Німеччина).

Які основні перешкоди на шляху широкого впровадження квантових технологій?

Незважаючи на значний імпульс, широке впровадження квантових технологій стикається з низкою перешкод. До них належать:

• Технологічна незрілість та вартість: Квантові технології все ще перебувають на ранніх стадіях розвитку, що пов’язано з високими витратами на складні технології охолодження та спеціалізоване обладнання для систем.
• Складність масштабування та корекції помилок: Кубіти за своєю природою крихкі та схильні до помилок, що вимагає передових методів їх корекції. Хоча прориви, такі як чип Willow від Google, демонструють експоненційне зниження помилок «нижче порогу», а Majorana 1 від Microsoft націлений на стійкість до помилок на апаратному рівні, зниження накладних витрат на квантову корекцію помилок залишається практичною проблемою для великомасштабних, відмовостійких квантових комп’ютерів.
• Значний дефіцит талантів: Однією з найсерйозніших проблем є нестача кваліфікованих фахівців. McKinsey прогнозує, що до 2025 року може бути заповнено менше половини вакансій у квантовій сфері, що створює серйозний бар’єр для впровадження. Це підкреслює постійну потребу в масштабних освітніх ініціативах, таких як ті, що пропонує IBM, які охопили понад 5,4 мільйона учнів, та курс Google на Coursera з квантової корекції помилок.
• Відсутність стандартизованих тестів та алгоритмів: Хоча існують різні тести продуктивності, чіткий, загальногалузевий стандарт все ще перебуває в стадії розробки, що ускладнює єдину оцінку продуктивності в реальних додатках та порівняння різних технологій кубітів. Більшість квантових алгоритмів все ще є теоретичними, а не повністю реалізованими на квантових комп’ютерах, що обмежує негайні високошвидкісні операції.

Перспективи квантових технологій: коли квантові обчислення стануть масовими?

Поточний стан квантових технологій — це активна розробка та значні інвестиції з чітким акцентом на подолання технічних проблем для реалізації їх повного потенціалу. Хоча експерти припускають, що може знадобитися ще 15–20 років, щоб великомасштабні застосунки стали масовими, корисні додатки для конкретних завдань можуть з’явитися раніше.

Довгострокові перспективи залишаються позитивними, підкріпленими постійним зростанням кількості вакансій у сфері технологічних трендів та підвищеним інтересом до використання цих технологій для майбутнього зростання. Прогнозується, що в найближчі два десятиліття квантові обчислення здійснять революцію в різних галузях, включаючи медицину, фінанси, автомобілебудування, інженерію та кібербезпеку. Ініціативи, такі як програма US2QC від DARPA, активно працюють над створенням відмовостійких квантових комп’ютерів утилітарного масштабу, підкреслюючи, що горизонт для трансформаційних, реальних рішень знаходиться в межах років, а не десятиліть.

Вивчайте квантові технології далі: освіта та ресурси

Для приватних осіб та організацій, що бажають глибше вивчити квантові технології, доступно безліч ресурсів:

• Освітні ресурси: Платформи, такі як Google на Coursera, пропонують безкоштовні вступні курси з квантової корекції помилок. IBM Quantum Learning також надає великі освітні ініціативи, включаючи серію «Розуміння квантової інформації та обчислень», призначену для навчання основам квантових обчислень на університетському рівні.
• Інструменти з відкритим кодом: Доступ до таких інструментів, як Cirq від Google Quantum AI та Qiskit SDK від IBM, дозволяє розробникам отримувати практичний досвід та робити свій внесок у квантову екосистему.
• Дослідження та публікації: Будьте в курсі подій, читаючи наукові публікації від провідних команд у галузі квантового ШІ, які часто можна знайти на їхніх корпоративних сайтах або в академічних архівах, таких як arXiv.

Часті запитання про індустрію квантових технологій

Що таке квантові обчислення?

Квантові обчислення використовують принципи квантової фізики, такі як суперпозиція та заплутаність, для обробки даних за допомогою квантових бітів (кубітів). На відміну від класичних бітів (0 або 1), кубіти можуть існувати одночасно в декількох станах, що дозволяє вирішувати складні завдання набагато ефективніше, ніж класичні комп’ютери.

Чим квантовий ШІ відрізняється від класичного ШІ?

Квантовий ШІ (QAI) інтегрує квантові обчислення для вдосконалення алгоритмів машинного навчання, дозволяючи створювати потужніші моделі ШІ, здатні досягати результатів, недоступних для класичних комп’ютерів. Це пов’язано з тим, що QAI використовує кубіти, які можуть апроксимувати кілька обчислень одночасно (масивний паралелізм), на відміну від класичного ШІ, який покладається на двійкові біти.

Коли очікується досягнення квантової переваги?

В: Хоча вчені прагнуть до досягнення квантової переваги — здатності квантових комп’ютерів вирішувати завдання, недоступні для класичних комп’ютерів, — оцінки різняться. Прогнозується, що деякі компанії досягнуть квантової переваги до 2030 року. Однак апаратне та програмне забезпечення для вирішення найскладніших завдань може з’явитися не раніше 2035 року.

Які потенційні реальні застосування квантових обчислень та квантового ШІ?

Очікується, що квантовий ШІ здійснить революцію в промисловості, прискоривши розробку ліків, оптимізувавши ланцюги постачання та логістику, трансформувавши фінансове моделювання та забезпечивши прориви в матеріалознавстві. Він також обіцяє успіхи в кібербезпеці через квантові криптографічні протоколи та може призвести до проривів у прогнозуванні погоди та автомобільній промисловості.