Індустрія квантових технологій: зростання, інновації та перспективи

Автор: Бахмат М. 

2025 називають поворотним для індустрії квантових технологій — вперше за чотири роки моніторингу ринку в McKinsey фіксують кардинальну зміну парадигми: від розробки до комерційного розгортання. ООН офіційно оголосила 2025-й Міжнародним роком квантової науки та технологій, відзначаючи 100-річчя розвитку квантової механіки, але сьогодні це вже не просто гарна дата, а одні з ознак того, що індустрія квантових технологій досягла комерційної зрілості.

• Що таке квантові обчислення та квантові технології
• Скільки інвестують у квантові технології та як швидко зростає ринок?
• Хто лідирує в індустрії квантових технологій
• Світові центри квантових технологій
• Виклики індустрії квантових технологій
• Перспективи квантових технологій: коли квантові обчислення стануть масовими?
• Ресурси для вивчення квантових технологій
• Найважливіше про індустрію квантових обчислень у 2025 році

Що таке квантові обчислення та квантові технології

Квантові обчислення використовують фундаментальні принципи квантової механіки – суперпозицію та квантову заплутаність — для обробки інформації способами, недоступними класичним комп’ютерам. На відміну від звичайних бітів, які можуть бути лише в стані 0 або 1, кубити (квантові біти) можуть існувати одночасно в кількох станах до моменту виміру, що дозволяє проводити масивні паралельні обчислення. Квантова заплутаність створює миттєвий зв’язок між частинками незалежно від відстані, забезпечуючи координовану обробку даних.

Ці властивості дають квантовим системам унікальну перевагу у вирішенні певних типів завдань — від факторизації великих чисел до моделювання складних молекулярних систем.

Cвоєю чергою, квантові технології — це область фізики, яка використовує специфічні особливості квантової механіки для створення нових систем і пристроїв. Це набагато ширше, ніж квантові обчислення. Сьогодні індустрію квантових технологій формують три напрями:

• квантові обчислення — створення комп’ютерів, які використовують кубити для вирішення завдань, недоступних класичним системам;
• квантові комунікації — розробка абсолютно захищених мереж зв’язку на основі квантового розподілу ключів та квантової телепортації;
• квантові сенсори — створення надточних датчиків для медицини, навігації, археології та наукових досліджень.

Наразі ми живемо на початку «другої квантової революції», коли вчені навчилися керувати складними квантовими системами на рівні окремих частинок — атомів, іонів, електронів та фотонів. І хоча повномасштабні квантові комп’ютери ще розвиваються, квантові технології вже знаходять точкове застосування у різних сферах: фінансах, медицині, дослідницької діяльності тощо.

Скільки інвестують у квантові технології та як швидко зростає ринок?

Квантовий ринок залучає значні інвестиційні потоки. За даними звіту McKinsey, обсяг приватних інвестицій 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 лідирує 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.

Світові центри 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).

Виклики індустрії 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.

Ресурси для вивчення квантових технологій

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

• 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.
• 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.

Chief Operating Officer Colobridge, Андрій Михайленко:

«Квантові технології переходять із лабораторій у реальний бізнес, а це означає, що окремі компанії зможуть отримати комерційні переваги від квантових обчислень уже цього десятиліття. Для наших клієнтів це створює подвійне завдання: захистити наявні дані переходом на постквантову криптографію та підготувати інфраструктуру для інтеграції з майбутніми квантовими платформами через хмарні сервіси. Вже зараз формується нова екосистема, де квантові обчислення стануть частиною гібридних IT-рішень нарівні з ІІ та високопродуктивними класичними системами. Наша роль як інфраструктурного партнера полягає у тому, щоб допомогти компаніям підготуватися до цих змін сьогодні. Тоді завтра вони зможуть використати квантові переваги для вирішення своїх бізнес-завдань».

Найважливіше про індустрію квантових обчислень у 2025 році

• 2025 рік оголошено ООН Міжнародним роком квантової науки та технологій.
• Google Willow виконує завдання за 5 хвилин замість 10 років для суперкомп’ютерів.
• IBM планує квантовий комп’ютер Starling на 200 логічних кубів до 2029 року.
• Microsoft Majorana 1 відкриває шлях до мільйона кубітів на одному чипі.
• Квантові обчислення як сервіс (QCaaS) вже доступні у провідних дата-центрах.
• Масове поширення очікується до 2026-2030 років через хмарні платформи.

Дізнайтесь 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.