Квантовый компьютер — очередная афёра?
Вспомним борьбу за озоновый слой, глобальное похолодание/потепление, нанотехнологии, ковид, наконец... В чём идея — срубить побольше денег, одурачить всех и развести руками — ну не вышло, блин...
В начале своего исследования я признаюсь: до погружения в тему квантовых компьютеров знал о них очень мало. Развитие вычислительных технологий всегда зависело от прогресса в программном и аппаратном обеспечении. Сегодня искусственный интеллект как бы стал ключевым инструментом, но для дальнейшего прорыва, особенно для создания общего ИИ или сверхинтеллекта, вне зависимости, есть он или нет, требуется принципиально новый тип компьютеров. После громкого успеха OpenAI многие компании бросились разрабатывать собственные ИИ-системы, и спрос на языковые модели и нейросети стал беспрецедентным.
Однако традиционные компьютеры упираются в физические ограничения. Здесь на сцену выходят квантовые компьютеры, способные обрабатывать данные параллельно, что делает их идеальными для задач ИИ, который, в свою очередь, может помочь оптимизировать сами квантовые системы. В 2024 году ООН объявила 2025 год годом квантовой науки и технологий, призвав правительства повышать осведомлённость об их важности. Но понять квантовую механику невероятно сложно даже для специалистов — как отмечал Ричард Фейнман, никто не понимает её до конца. Моя цель — разобраться в этой противоречивой технологии, рассмотрев аргументы как сторонников, так и критиков так называемого квантового превосходства.
История начинается с квантовой физики, изучающей явления на уровне элементарных частиц. Макс Планк ввёл понятие кванта, а Альберт Эйнштейн предположил, что свет состоит из квантов, заложив основы первой квантовой революции. С конца XX века мир стоит на породе второй квантовой революции, особенно в области вычислений. При этом квантовые эффекты уже давно работают в нашей повседневности — например, в транзисторах обычных смартфонов. Идея же квантовых вычислений была предложена Ричардом Фейнманом и Юрием Маниным как способ преодолеть ограничения классических машин.
Компании вроде Google и Китайская академия наук заявляли о достижении квантового превосходства. Преимущество квантовых компьютеров в том, что они могут моделировать поведение электронов в молекулах или параллельно анализировать все возможные маршруты, решая задачи, непосильные цифровым компьютерам. Такие гиганты, как Google, Microsoft, Intel и IBM, активно разрабатывают эту технологию. IBM даже предоставляет облачный доступ к своим квантовым компьютерам, а клиентами являются Samsung и Morgan Chase. Стартап QQ привлёк 600 миллионов долларов при IPO, а Quantum взлетел на бирже до 3,1 миллиарда. Прогнозы рынка оптимистичны: от сотен миллионов долларов в 2020-х до десятков миллиардов в 2030-х.
Государства также активно поддерживают направление: Конгресс США принял закон о национальной квантовой инициативе в 2018 году, а в 2021 году правительство инвестировало 625 миллионов долларов, с дополнительными 340 миллионами от корпораций. В России Росатом представил 50-кубитный компьютер, планируя создать 100-кубитный к 2025 году и 350-кубитный к 2030. До 2030 года в страну планируется привлечь почти 69 миллиардов рублей инвестиций. Автомобильные компании Daimler и BMW также вкладываются в квантовые технологии.
Перспективы применения впечатляют: от анализа данных на Большом адронном коллайдере и разгадки тайн вселенной до создания новых лекарств и моделирования молекул ДНК в виртуальных лабораториях. Однако есть и угрозы: квантовые компьютеры потенциально способны взломать современные методы шифрования, поставив под удар государственные секреты и такие системы, как блокчейн. Национальный институт стандартов и технологий США уже выпустил руководство по подготовке, а Китай инвестировал 10 миллиардов долларов в квантовую информатику.
Квантовые компьютеры обещают революцию в оптимизации — от решения NP-задач, вроде задачи коммивояжёра, до расчётов аэродинамики и прогнозирования погоды. Они могут оптимизировать бизнес-процессы, и именно в решении сложных оптимизационных задач учёные видят их главный потенциал. Термин «квантовое превосходство», введённый Джоном Прескиллом в 2012 году, означает способность решать проблемы, недоступные классическим компьютерам.
Но почему этот скачок вообще необходим? Закон Мура, согласно которому мощность компьютеров удваивается каждые полтора года, замедляется. Толщина транзисторов в кремниевых микросхемах достигла всего 20 атомов, что приводит к утечке электронов, перегреву и физическим ограничениям, описанным принципом неопределённости Гейзенберга. Следующий шаг — переход к пост-кремниевой или квантовой эпохе. Ещё в 1959 году Ричард Фейнман рассуждал о манипулировании отдельными атомами и создании крошечных, но мощных компьютеров, черпая вдохновение в биологических системах, где ДНК хранит огромный объём информации в микроскопическом пространстве.
Теоретическая база была заложена в 1980-х, а Дэвид Дойч разработал концепцию квантовой машины Тьюринга, где классический бит заменяется кубитом. Кубиты, благодаря свойствам суперпозиции (возможности находиться в нескольких состояниях одновременно) и запутанности (связи между собой), делают квантовые компьютеры экспоненциально мощнее. До 1990-х это была чистая теория, но интерес резко вырос после работы Питера Шора в IBM.
Однако за громкими заголовками скрывается суровая реальность. Похоже, квантовые компьютеры пока не вышли за рамки демонстрационных образцов. Их сравнивают с летающими машинами из фантастики — идея захватывает, но до реализации далеко. Технология окутана мифами и кажется доступной лишь избранным, а масштабирование остаётся колоссальной проблемой. Контроль и считывание множества кубитов чрезвычайно сложны, системы подвержены помехам и ошибкам, а поддержание их стабильности требует огромных затрат.
История напоминает другие технологические мифы (см. начало) — об искусственном сверхинтеллекте или нанороботах. Пока люди создают курсы по квантовому программированию и зарабатывают на ажиотаже, корпорации вроде Google, IBM и Microsoft активно продвигают тему, которая легко продаётся в экономике внимания и привлекает гранты.
Но, как отмечает физик Михаил Дьяконов, практические квантовые вычисления требуют десятков или даже сотен тысяч стабильных кубитов, что в обозримом будущем вряд ли достижимо.
Текущие «достижения» выглядят сомнительно. IBM заявляет о цели в 100 тысяч кубитов, но их система Condor на 1121 физическом кубите не имеет эффективной коррекции ошибок, из-за чего кубиты быстро теряют когерентность. Компания D-Wave анонсировала компьютер на 1200 кубитов, но её устройства — скорее, квантовые отжигатели, применимые к узкому классу задач. В апреле 2025 года против D-Wave даже началось расследование о возможном мошенничестве. Медиапрезентация этих разработок больше похожа на маркетинговый трюк, чем на реальный прорыв.
Даже при 100 кубитах возникают непреодолимые инженерные, физические и теоретические ограничения. Квантовые компьютеры останутся узкоспециализированными инструментами и не станут универсальными, не обещая общего ускорения всех вычислений. Поэтому не стоит безоговорочно верить заголовкам СМИ и пресс-релизам корпораций. Практическая и массовая реализация квантового компьютера при текущих темпах может так и остаться на горизонте.
В завершение хочется вспомнить Антикитерский механизм, найденный в 1901 году и созданный около 150 года до н. э. Этот древний «компьютер» для моделирования движения небесных тел символизирует глубинное стремление человека познавать и моделировать реальность. Учёные во все времена стремились воспроизвести мир в своих моделях, чтобы ответить на фундаментальные вопросы. Сегодня квантовый компьютер — perhaps, одна из таких амбициозных, но пока не реализованных моделей.
Именно так, срубить побольше денег, одурачить всех и развести руками: «не шмогла, мол, не шмогла»...
