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.

/ Flickr / Steve Jurvetson / CC BY / 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 и Alibaba открыли доступ к 20-кубитным 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 климатических моделей до моделирования финансовых рынков. Канадская компания D-Wave Systems тоже запустила 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 компьютеры на основе кубитов для создания новых самолётов — необходимые расчёты удалось закончить в четыре раза быстрее, чем на обычных вычислительных машинах. Volkswagen обратилась к квантовым компьютерам для проработки алгоритмов управления беспилотными автомобилями. Развитием и популяризацией квантовых вычислений занимаются не только ИТ-компании (например, IBM сформировали 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 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 на десять лет, а на его реализацию направят 1,2 млрд долларов.

/ Flickr / IBM Research / CC BY-NA

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 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 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 от компании Oxford Instruments. Его цель — создать беспроводную сеть между квантовыми устройствами. Также финансирование получили два проекта компании Atos. Задача первого — создать 50-кубитный квантовый компьютер на основе ионных ловушек, одного из самых распространенных и стабильных типов кубитов. Цель второго проекта — симулировать 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 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 на орбиту спутник, в котором каналы связи защищены при помощи квантового шифрования. Эту технологию применяют и в наземных сетях: между Пекином и Шанхаем проложили квантовый канал связи длиной около 2000 километров.

/ Flickr / IBM Research / CC BY-ND

Квантовыми вычислениями занимаются и в России. В феврале 2018 года несколько организаций — Фонд перспективных исследований, Внешэкономбанк, МГУ, АНО «Цифровая экономика» — создали 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 грант на создание центра квантовых технологий. Его цель — разработка системы квантового шифрования данных. Этим направлением занимаются и в Университете ИТМО: на совместный проект вуза и телеком-компаний в 2017 году правительство выделило 160 млн рублей.

Перспективы финансовых проектов

Законопроект американского правительства поддержали в крупных ИТ-компаниях, например в Microsoft. По мнению 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. — 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, 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.