О квантовых компьютерах: как разные страны развивают эту технологию

Говорим о том, кто уже использует квантовые вычисления в облаке и какие инициативы продвигают правительства стран для поддержки отрасли квантовых вычислений.

^[1]
/ Flickr / Steve Jurvetson ^[2] / CC BY ^[3] / Фото отредактировано

Кто использует квантовые компьютеры в облаке

Свои квантовые компьютеры создают такие крупные организации, как Google, IBM, Intel и ряд небольших ИТ-компаний вроде D-Wave и стартапа Rigetti. Некоторые из них открывают доступ к своим решениям для университетов и исследовательских организаций. В этом им помогает облачная инфраструктура. К примеру, IBM ^[4] и Alibaba ^[5] открыли доступ к 20-кубитным ^[6] и 11-кубитным компьютерам соответственно. Для работы с установками используются облачные платформы IBM Q и Alibaba Cloud. Цель этих инициатив — помочь инженерам в работе со сложными моделями машинного обучения и различными моделями реальных явлений: от ^[7] климатических моделей до моделирования финансовых рынков.

Канадская компания D-Wave Systems тоже запустила ^[8] свой облачный сервис. Её клиенты получают доступ к квантовым вычислениям на минуту в месяц. Кажется, что это немного, однако для выполнения ряда задач квантовой машине достаточно всего нескольких миллисекунд. Речь идет о факторизации больших чисел и построении маршрутов — на подобные вычисления классические компьютеры тратят дни и недели.

Несколько компаний уже применяют возможности системы D-Wave. Например, Airbus использовала ^[9] компьютеры на основе кубитов для создания новых самолётов — необходимые расчёты удалось закончить в четыре раза быстрее, чем на обычных вычислительных машинах. Volkswagen обратилась ^[10] к квантовым компьютерам для проработки алгоритмов управления беспилотными автомобилями.

Развитием и популяризацией квантовых вычислений занимаются не только ИТ-компании (например, IBM сформировали ^[11] сообщество разработчиков ПО для квантовых компьютеров). Правительства многих стран начинают продвигать специальные финансовые инициативы и законы, направленные на развитие квантовой отрасли. О некоторых из них мы расскажем далее.

Квантовая инициатива в США

В середине декабря прошлого года Сенат США принял ^[12] законопроект о создании программы National Quantum Initiative (NQI). Цель нового акта — поддержать компании и исследовательские институты, которые работают над созданием квантовых компьютеров и сетей. План NQI рассчитан ^[13] на десять лет, а на его реализацию направят 1,2 млрд долларов.

/ Flickr / IBM Research ^[14] / CC BY-NA ^[15]

В рамках проекта планируется построить от двух до пяти новых научных центров для исследования квантовых технологий. За это будет отвечать министерство энергетики США. Оно же профинансирует исследования — каждому центру выделят по 25 млн долларов ежегодно. Также деньги направят на развитие образовательных программ для специалистов в области квантовых разработок. Национальный научный фонд США займется подготовкой специальной образовательной программы для студентов вузов.

Отвечать за реализацию задуманных проектов будет ^[16] специально созданный орган — Национальное координационное квантовое управление (National Quantum Coordination Office). Его сотрудники будут контролировать исследовательские программы и заниматься консультационными вопросами.

Инициативы других стран

Программы по развитию отрасли квантовых компьютеров создали также в Евросоюзе, Китае и России. В Европе в 2016 году запустили ^[17] инициативу Quantum Flagship. Правительство и страны-участники ЕС выделили миллиард евро на поддержку двадцати проектов в области квантовых вычислений. При этом деньги пойдут не только на создание компьютеров. Quantum Flagship включает направления теоретической физики и квантовой метрологии и связи.

Один из примеров финансируемых проектов — QMiCS ^[18] от компании Oxford Instruments. Его цель — создать беспроводную сеть между квантовыми устройствами.

Также финансирование получили ^[19] два проекта компании Atos. Задача первого — создать 50-кубитный квантовый компьютер на основе ионных ловушек ^[20], одного из самых распространенных и стабильных ^[21] типов кубитов. Цель второго проекта — симулировать ^[22] работу системы из 500 квантовых битов. На сегодняшний день удалось смоделировать лишь 60-кубитный компьютер.

Сфера квантовых вычислений развивается и в Китае. В 2016 году в стране начали строить новую исследовательскую лабораторию — на это китайское правительство выделило ^[23] около миллиарда долларов. Научный центр начнет работать в 2020 году.

Предыдущая финансовая поддержка правительства помогла китайским ученым достичь первых успехов в области квантовых вычислений. В 2016 году команда исследователей запустила ^[24] на орбиту спутник, в котором каналы связи защищены при помощи квантового шифрования ^[25]. Эту технологию применяют и в наземных сетях: между Пекином и Шанхаем проложили квантовый канал связи длиной около 2000 километров.

/ Flickr / IBM Research ^[26] / CC BY-ND ^[15]

Квантовыми вычислениями занимаются и в России. В феврале 2018 года несколько организаций — Фонд перспективных исследований, Внешэкономбанк, МГУ, АНО «Цифровая экономика» — создали ^[27] квантовый консорциум, задача которого — разработать 50-кубитный компьютер к 2021 году.

МГУ был связан с квантовыми вычислениями и до этого. В 2017 году университет получил ^[28] грант на создание центра квантовых технологий. Его цель — разработка системы квантового шифрования данных. Этим направлением занимаются и в Университете ИТМО ^[29]: на совместный проект вуза и телеком-компаний в 2017 году правительство выделило ^[30] 160 млн рублей.

Перспективы финансовых проектов

Законопроект американского правительства поддержали в крупных ИТ-компаниях, например в Microsoft. По мнению ^[31] представителей корпорации, поддержка правительства необходима для создания надежных многокубитных чипов, которые не допускают ошибок в вычислениях.

«Эта задача — одна из самых важных в отрасли. Чем больше кубитов содержит процессор, тем выше шанс, что они начнут влиять на работу друг друга, создавать помехи, — говорит Сергей Белкин, начальник отдела развития 1cloud.ru ^[32]. — Достигнуть нулевого значения ошибок пока никому не удалось. И это мешает наращивать вычислительные мощности квантовых машин».

При этом государственное финансирование поможет организациям, которые не могут оплатить все необходимое для исследований квантовых технологий оборудование.

Благодаря поддержке правительства значительных успехов в области квантового шифрования добились китайские компании. Ожидается, что скоро квантовая криптография начнёт интенсивно развиваться и в США. Согласно прогнозам ^[33], новый американский закон ускорит разработку стандартов для алгоритмов квантового шифрования, и уже к 2024 году технологию могут начать внедрять в веб-сервисы.

Правительственное финансирование поможет развивать квантовые технологии и в России. Можно ожидать, что проекты, спонсируемые государственными институтами, со временем позволят построить масштабные квантовые сети и проектировать многоквантовые чипы.

О чем мы пишем в корпоративном блоге 1cloud:

• Резервное копирование файлов: как подстраховаться от потери данных ^[34]
• Персональные данные: как с ними работать в публичном облаке ^[35]
• Минимизация рисков: как не потерять ваши данные ^[36]

Автор: 1cloud

Источник ^[37]