Основи квантової механіки було закладено сто років тому, а 2025 рік ООН оголосила Міжнародним роком квантової науки і технологій. І все це відбувається на тлі того, що людство як ніколи близьке до перетворення квантових обчислень на реальність — подібно до того, як це вже сталося з електрикою, польотами в космос та інтернетом. Що ховається за квантовими обчисленнями, чому вони стали можливими і яку користь з цього може отримати людство — ця стаття.
- Як працює квантовий комп’ютер
- Що таке кубіт: ключова відмінність від традиційних обчислень
- Де квантові обчислення дають найбільшу користь
- Готовність до впровадження квантових технологій
- Коли квантові обчислення стануть масовими: технології та гравці
- Підсумки: суть квантових обчислень за 60 секунд
Як працює квантовий комп’ютер
Квантові обчислення — це досить новий напрямок у комп’ютерних науках, що використовує перевагу квантової механіки для ресурсномістких обчислювальних задач. Тобто тих, які не здатні вирішувати навіть найпотужніші комп’ютери світу. Коли ми говоримо про квантові обчислення, ми також маємо на увазі використання квантового обладнання — це фізична складова процесу. А також квантові алгоритми, які використовуються в обчисленнях.
Давайте розберемося, чим квантовий комп’ютер відрізняється від звичайного і в чому його перевершує.
Що таке кубіт: ключова відмінність від традиційних обчислень
Квантові обчислення можуть стати альтернативою високопродуктивних обчислень (High Performance Computing). У традиційних комп’ютерах мінімальною одиницею інформації є біт, а в квантових — кубіт. Якщо біт приймає тільки один із двох станів (нуль або одиниця), то кубіт — безліч станів, у яких він може перебувати одночасно до того моменту, коли його стан буде виміряно. Це так звана суперпозиція, або ж основний принцип квантової механіки. І саме суперпозиція дає змогу бути квантовим комп’ютерам настільки потужними для розв’язання найскладніших і найбільш ресурсномістких завдань.
Резюмуємо:
Кубіт — це еквівалент комп’ютерного біта і найменша одиниця інформації в квантовому комп’ютері.
Суперпозиція — це здатність кубіта перебувати в безлічі позицій одночасно рівно до того часу, як його стан буде виміряно.
Як виглядає різниця між бітом (традиційні обчислення) і кубітом (квантові обчислення):
Завдяки суперпозиції квантові алгоритми обробляють інформацію в тисячі разів швидше, ніж найпотужніші комп’ютери світу. Наприклад, завдання, яке вони виконуватимуть мільйони років, квантовий комп’ютер вирішить за кілька хвилин.
Якщо ви новачок, уявіть кубіт як дзиґу, що одночасно обертається на всі боки. Тільки коли ви на нього дивитеся — він «обирає», куди вказує.
Також для кращого розуміння принципів квантових обчислень введемо ще два поняття: заплутаність та інтерференція.
Заплутаність — це квантове явище, за якого два і більше кубіти стають настільки пов’язаними, що починають впливати один на одного. І знаючи стан одного кубіта, ми можемо визначити стан інших, пов’язаних із ним, хоч би як далеко вони знаходилися один від одного.
Інтерференція — це взаємний вплив квантових станів кубітів один на одного, внаслідок чого змінюється кінцева ймовірність результатів вимірювання їхнього стану.
Чому заплутаність та інтерференція так важливі для розуміння квантових обчислень? Якщо розповідати, як працюють квантові комп’ютери простими словами, то перша дозволяє передавати інформацію значно швидше, ніж у звичайних комп’ютерних системах. А інтерференція дає змогу «налаштувати» суперпозицію так, щоб посилювати потрібні результати та пригнічувати помилкові.
Де квантові обчислення дають найбільшу користь
За даними звіту GlobalData, у проміжку між 2026 і 2030 роками вартість ринку квантових обчислень сягне $10 млрд, тоді як 2022-го його оцінювали щонайбільше в $1 млрд. Експерти впевнені: бізнесу не варто чекати на ще стрімкіше зростання, інакше він ризикує відстати від конкурентів. Це також підтверджують результати дослідження Deloitte: тут упевнені, що до кінця 2025 року квантові обчислення будуть додані до списку послуг провідних дата-центрів світу.
Подивімося, де можуть з’явитися перші успішні кейси практичного застосування квантових обчислень.
Квантове машинне навчання
Квантові комп’ютери будуть більш ефективними в тих завданнях, які сьогодні вирішують за допомогою традиційного машинного навчання: обробку природної мови, аналіз великих даних, пошук закономірностей, виявлення аномалій та інші.
Фінанси та інвестиції
Квантові обчислення допомагатимуть оптимізувати великі інвестиційні портфелі та визначати ефективні стратегії управління ризиками. Квантові алгоритми моделюватимуть поведінку фінансових ринків з урахуванням величезної кількості змінних і сценаріїв, недоступних для класичних комп’ютерних систем.
Медицина і фармацевтика
Використання високопродуктивних обчислювальних систем дає змогу значно прискорити розробку нових ліків. Наприклад, у 2024 році дослідники використовували гібридну квантово-класичну модель, щоб розробити молекули, які блокують онкологічно значущий білок KRAS.
Логістика
Тут ця технологія допомагає оптимізувати маршрути доставки, управляти запасами та прогнозувати попит. Свою ефективність у побудові маршрутів уже довели квантові алгоритми Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) і Variational Quantum Eigensolver (VQE). А серед тих, хто досліджує потенціал квантових обчислень у своїй роботі — компанії DHL і Volkswagen.
Кому варто почати вивчати квантові обчислення вже зараз — розробникам, інвесторам, та IT-директорам, які шукають конкурентну перевагу.
Готовність до впровадження квантових технологій
Кількість подібних сценаріїв постійно збільшується. Наприклад, Mercedes-Benz робить ставку на квантові технології у створенні автомобілів майбутнього, заручившись підтримкою IBM. Національний інститут стандартів і технологій США (NIST) розробляє кванто-стійку криптографію. А британський телеком-оператор British Telecom спільно з Arqit Quantum і Fortinet — квантово-захищений VPN.
Але квантові обчислення не можуть повністю замінити традиційні обчислення на 100% — у цьому немає сенсу. Однак вони ідеально підходять для вимогливих до ресурсів сценаріїв обчислень, які характерні для перерахованих вище галузей і окремих компаній.
Коли квантові обчислення стануть масовими: технології та гравці
Людство сильно наблизилося до того, щоб вирішувати складні завдання за допомогою квантових обчислень. Наприклад, AWS вже пропонує повністю керований сервіс квантових обчислень Amazon Braket. Він орієнтований насамперед на вчених, дослідників і R&D-лабораторії, які можуть експериментувати з різними типами квантових пристроїв, порівнювати результати роботи різних алгоритмів, тестувати гібридні (на стику класичних і квантових) рішення.
Компанія Google, своєю чергою, ще кілька років тому розробила власний квантовий чип Sycamore, і нещодавно команді дослідників Google Research вдалося підтвердити, що він перевершує за продуктивністю класичні потужні комп’ютери. З останніх досягнень — Willow представник наступного покоління квантових чипів Google Quantum AI. У Google називають його великим кроком до створення квантового суперкомп’ютера, здатного на складні обчислення з корекцією помилок — етапом, на якому буде розкрито потенціал квантових обчислень
Коментар експерта:
«Коли квантові обчислення в Україні стануть реальністю? На це немає відповіді. Але розвиток квантових обчислень однозначно стимулює інтерес до будівництва нових дата-центрів або розширення послуг у вже наявних — хоча б тому, що абсолютна більшість компаній навіть із Fortune Global 500 не зможе створити або придбати власний квантовий комп’ютер. А це означає, що скоро ми побачимо, як у продуктових портфелях дата-центрів і постачальників хмарних послуг з’являться квантові сервіси. Найбільший в ЄС оператор Equinix (за даними рейтингу Cloudscene), в одному з ДЦ знаходиться частина обчислювальних потужностей Colobridge, вже пропонує квантові обчислення за сервісною моделлю (quantum compute-as-a-service, QCaaS). Чому це вигідно: навіть якщо якась компанія зможе знайти ресурси на розробку або купівлю, а надалі утримання квантового комп’ютера, вона буде прив’язана лише до одного типу обчислень, на які той здатен. І навпаки, «квантові обчислення як сервіс» забезпечать гнучкість, оскільки дадуть змогу використовувати різні IT-рішення під конкретні завдання бізнесу».
Підсумки: суть квантових обчислень за 60 секунд
- Одиниця інформації — кубіти, що перебувають у суперпозиції
- Забезпечують експонентне прискорення завдань
- Ідеальні для ML, фармацевтики, фінансів і логістики
- Доступні як сервіс (QCaaS) у провідних дата-центрів
- Масове розповсюдження — до 2026-2030
Дізнайтеся більше про обчислювальні можливості технологічної платформи Colobridge. Розкажіть про ваші бізнес-завдання та вимоги, а наші фахівці запропонують вам оптимальне за продуктивністю, безпекою та гнучкістю IT-рішення.
