Квантовая готовность: ждет ли бизнес новая технологическая революция

По консервативным оценкам, квантовый компьютер для реального бизнеса может стать доступным на горизонте 15-30 лет, но есть прогнозы и в разы более оптимистичные. С одной стороны, время еще есть, но с другой, «снег всегда выпадает неожиданно», и существует риск проспать квантовую революцию.

Квантовый клуб

Хотя полной уверенности в жизнеспособности квантовых вычислений до сих пор нет, ведущие державы, в том числе США и Китай, включились в эту гонку, и инвестиции в разработки уже составили десятки миллиардов долларов. На фоне вложений в ИИ это, возможно, не так и много, но уже значительно, чтобы перестать игнорировать этот факт.

Вместо привычных нам битов, которые могут принимать значение 0 или 1, квантовые алгоритмы работают с кубитами, которые могут находиться в суперпозиции обоих состояний одновременно. Это позволяет выполнять параллельные вычисления и обрабатывать значительно больше информации за один шаг. Единой точки зрения на то, когда квантовые технологии достигнут уровня массового применения в бизнесе, нет. При желании можно найти полный спектр мнений — от 5-10 лет и до 30-40. Пока еще никто не смог точно спрогнозировать технический прогресс — слишком это нелинейный и многофакторный процесс. По данным McKinsey, к 2040 году рынок квантовых вычислений может составить от $45 до $131 млрд, при этом, по прогнозам Рексофт Консалтинг, к 2040 году объем рынка квантовых вычислений в России может достичь 184 млрд рублей с диапазоном от 110 до 258 млрд рублей (в ценах 2040 года). Разброс оценок впечатляет.

Модель работы с квантовыми вычислениями будет, по крайней мере в первое время, напоминать современное использование суперкомпьютеров. Применяться они будут точечно и для решения специфических задач. Построение и использование этих систем — сложный и дорогостоящий проект, который не каждая страна может себе позволить, не говоря уже о среднестатистической компании. Сейчас в соревновании вычислительных мощностей участвуют такие гиганты, как IBM (1121 кубит), D-Wave (свыше 5000 кубит), Научно-технический университет Китая (255 кубит). В России направление курирует госкорпорация «Росатом», объявившая в сентябре 2024 года о создании 50-кубитного ионного квантового компьютера.

Только крупнейшие корпорации с серьезными инвестициями в R&D (Research and Development — «исследование и развитие». — Forbes) могут выкупать вычислительные ресурсы для закрытия самых сложных задач, например для моделирования физических процессов. Но, как это происходит с любой технологией, поначалу дорогие решения будут дешеветь. Вероятно, текущая гонка в области искусственного интеллекта сильно ускорит разработки в области квантовых вычислений, так как сможет на порядки увеличить возможности гибридной системы, сочетающей алгоритмы «классического ИИ» и квантовые вычисления.

Таким же образом, скорее всего, именно государственные и прокси-государственные образования возглавят разработку квантовых устройств и дальше будут продавать технологию на рынок через облачные сервисы по модели Quantum-as-a-Service (платформа как услуга).

Двоичная система останется

Вопреки некоторым представлениям, квантовые вычисления не заменят классические компьютеры — просто в силу своей специфики, а станут дополнительным инструментом. Обычные процессоры по-прежнему будут работать с линейными задачами, а кубитам будут отведены параллельные вычисления.

Типичной целевой задачей для квантовых компьютеров станет моделирование физических систем, таких как процессы в организме человека или климатические условия. Для коммерческих предприятий квантовые вычисления могут быть полезны при разработке новых медицинских препаратов, новых материалов или моделировании сложных бизнес-процессов, таких как управление цепочкой поставок в режиме реального времени с учетом сотен и тысяч параметров — от погоды до уровня износа шины и усталости водителя. Для тех, кто уже находится на высоком уровне цифровой зрелости, использование данной технологии даст гораздо больший мультипликатор и позволит перейти от стадии тестового использования к масштабированию, что обеспечит серьезный отрыв от конкурентов.

Готовность к Q-Day

Один из наиболее известных примеров преимущества квантовых компьютеров перед обычными это применение алгоритма Шора для разложения числа на простые множители. Это имеет прямое отношение к безопасности шифрования, поскольку многие современные криптографические алгоритмы, такие как RSA, основаны именно на сложности разложения чисел на простые множители. Квантовый компьютер с достаточным количеством кубитов мог бы взломать существующие алгоритмы за считанные секунды, в то время как классическим компьютерам для этого потребовались бы сотни лет.

Проблема уже осознана и прорабатывается на государственном уровне в США и Китае, начато ее обсуждение и в России. В данном случае угроза — развитие квантовых компьютеров — заключает в себе и возможности для защиты. В постквантовой криптографии используются алгоритмы, которые не зависят от квантовых вычислений и считаются «квантово-устойчивыми». Это включает в себя классические криптосистемы, основанные на вычислительно сложных задачах, и квантовую криптографию, которая защищает коммуникации с использованием принципов квантовой физики.

При этом следует учитывать, что представления о квантовой угрозе теоретические. Если начать готовиться к самому худшему сценарию заранее, коллапса кибербезопасности можно будет избежать, как удалось избежать пресловутой «проблемы 2000 года».

Разрабатываются также математические методы постквантовой криптографии, но пока эта работа не стандартизована. Существуют несколько потенциальных алгоритмов, которые могут стать основой протоколов, призванных защитить пользователей в Q-Day — момент, когда квантовые вычислительные системы выйдут на проектную мощность.

Рано или поздно крупным компаниям придется привлекать специалистов такой высокой квалификации, которая позволила бы им одинаково хорошо ориентироваться в вопросах построения IT-систем, физике и кибербезопасности. Пока таких не более нескольких десятков на весь мир.

Квантовые задачи

В будущем в лучших технических школах с научной физической базой появится специализация по квантовому программированию, которое будет существенно отличаться от классического.

Запутанность кубитов дает возможность обмениваться информацией без непосредственного контакта, создавая сложные квантовые сети. Квантовые алгоритмы используют специальные операции, такие как квантовое вращение и квантовая телепортация, которые невозможны в классических вычислениях. Но при этом квантовые системы очень чувствительны к внешним воздействиям. Все эти моменты придется держать в уме при работе и интерпретации показателей.

Также придется учесть, что результаты квантовых вычислений могут быть представлены в форме квантовой информации, которая не поддается прямой интерпретации в классическом смысле, требуя дополнительных методов для извлечения и анализа выводов.

Более того, нельзя будет обойтись существующими языками программирования. Для квантовых компьютеров разработано уже несколько отдельных языков — Q# (Q sharp) от Microsoft, Quantum от IBM, Cirq от Google и другие. Их особенностью является то, что в них заложена возможность измерять состояние кубитов.

«Играть» с квантовыми библиотеками можно уже сейчас, но в будущем понадобятся эксперты с соответствующей специализацией. Даже если квантовые компьютеры будут представлены как облачные сервисы, все равно понадобятся люди, которые умеют проводить вычисление и интерпретировать результаты, примерно как дата-сайентисты сейчас.

Немного о больном

Несмотря на внешне революционный и немного «страшный» характер технологии, скорее всего, революцией внедрение квантовых вычислений не станет. Процесс будет похож на то, что мы наблюдаем сейчас c внедрением технологий генеративного AI. И трудности, скорее всего, возникнут аналогичные. На первых порах большинство будет говорить, что это все еще нескоро и не имеет практической ценности, затем последует болезненное «открытие глаз» в виде ударов со стороны глобальных конкурентов, потом — сверхусилия по достижению хотя бы базового уровня использования технологии. К сожалению, это классический путь по адаптации новых технологий для большинства крупных индустриальных российских компаний.

Поэтому вопрос не столько в том, когда все случится, сколько в том, что меняться надо уже сегодня и неважно, какое именно технологическое решение «выстрелит». Надо выстроить процесс поиска и внедрения инноваций, создать внутри среду не отторгающую, а, наоборот, абсорбирующую и привлекающую все новое. Чтобы получить максимум от технического прогресса, система «свой-чужой» должна быть отключена. И на самом деле не так важно, будет ли это квантовая революция или другая перспективная технология, например фотонные чипы или гибридные архитектуры. Важна готовность компании к быстрым изменениям под влиянием технологических вызовов. Для этого нужна соответствующая настройка операционной модели, соответствующая IT-архитектура и подход к поиску и абсорбции инноваций. И, конечно, команда, способная воспринять и быстро реализовать такую задачу.

Все это не создается мгновенно, а требует планомерных и осознанных изменений. Именно такая задача стоит сейчас перед владельцами бизнеса и топ-менеджерами, которые хотят выиграть в технологической гонке или хотя бы сохранить свой бизнес в среднесрочной перспективе.