Всё больше говорят о новом прорыве IBM: их квантовый компьютер обещают сделать настолько мощным, что классические системы останутся лишь наблюдателями. Почему бизнес делает ставку на кубиты и какую роль может сыграть Россия?

Несколько лет назад квантовые компьютеры казались больше фантазией физиков-теоретиков, хотя ещё в 2017 году IT-World освещал эту тему. Сейчас же квантовые технологии интересуют банки, фармацевтику, химиков и специалистов по логистике. IBM утверждает, что к 2029 году создаст систему Starling с примерно 200 логическими кубитами и способную выполнить миллионы или даже миллиарды операций.

Для сравнения: чтобы просто записать состояние такого компьютера, потребовалось бы больше памяти, чем у октиллионов (10⁴⁸) современных суперкомпьютеров. Это сразу исключает возможность симуляции квантовой машины на классических системах — задача практически невозможная даже для самых продвинутых физиков.

Почему квантовые компьютеры так привлекают?

Классические компьютеры работают с битами — 0 или 1. Квантовые используют кубиты, которые благодаря свойствам суперпозиции и квантовой запутанности могут одновременно находиться в состоянии 0 и 1. Это даёт экспоненциальный рост вычислительной мощности с добавлением каждого нового кубита, позволяя обрабатывать миллиарды вариантов решения параллельно, а не по одному, как в классических системах.

Однако квантовые вычисления очень чувствительны к ошибкам и требуют специальной защиты. Сейчас основной вызов — повысить надёжность и стабильность таких систем. IBM разрабатывает новый код коррекции ошибок qLDPC, который должен значительно сократить количество физических кубитов, необходимых для создания одного логического. Это приблизит квантовые компьютеры к реальному применению.

План IBM включает достижение квантового преимущества к 2026 году — момента, когда квантовый компьютер убедительно превзойдёт классический в реальной задаче, а не в демонстрационных примерах. В последующие годы компания представит модульные процессоры Kookaburra и Cockatoo, способные объединяться в масштабные вычислительные кластеры. К 2029 году ожидается выход Starling, а к 2033 — Blue Jay с 2000 логическими кубитами и миллиардом вентилей. Если планы осуществятся, то скоро квантовые вычисления станут доступны широкому кругу индустрий.

Что такое квантовый компьютер простыми словами?

Обычный компьютер последовательно решает задачи шаг за шагом. Квантовый же использует кубиты — как крутящуюся монетку, которая одновременно «орёл» и «решка» до тех пор, пока не остановится. Это позволяет ему одновременно проверять множество вариантов, решая некоторые задачи намного быстрее классических машин.

Кроме IBM, на квантовом рынке активно работают Google с чипом Willow (105 кубитов), который в 2024 году решил задачу, на выполнение которой классическому суперкомпьютеру потребовались бы миллиарды лет. D-Wave продвигает квантовые машины с более 4400 кубитами, применяемые в оптимизационных задачах, например, для управления логистикой и расписаниями.

Работает ли ещё закон Мура?

Хотя квантовые компьютеры пока не универсальны, их коммерческий успех впечатляет — рост выручки на 509% за год. Microsoft инвестирует в топологические кубиты, теоретически более устойчивые к ошибкам, хотя эта технология пока на стадии прототипа. IonQ и Quantinuum фокусируются на ионных кубитах и предоставляют доступ к квантовым мощностям через облачные сервисы.

Таким образом, квантовые компьютеры — это следующий этап развития вычислительной техники, который обещает радикально изменить многие отрасли и бизнес-процессы.

Отдельная гонка квантовых технологий развернулась в Китае и Европе. Например, Baidu разрабатывает интегрированные фотонные платформы, а Великобритания вкладывает миллиарды фунтов в национальные квантовые центры. Ведущие европейские и азиатские команды работают как с нейтральными атомами, так и с фотонными кубитами — у каждой технологии есть свои преимущества и недостатки, но результат очевиден: новости о квантовых достижениях поступают не раз в год, а практически каждый месяц.

Россия в этом процессе не остается в стороне. Страна делает ставку на четыре ключевые платформы: сверхпроводниковые, ионные, атомные и фотонные кубиты. МФТИ представил первый отечественный 12-кубитный процессор, «Росатом» уже достиг порогов в 20 и 25 кубитов, а к концу 2024 года запустит в облаке 50-кубитный ионный квантовый компьютер в сотрудничестве с ФИАН и РКЦ. В лабораториях появляются эмуляторы на 30 кубитов, развивается волна новых алгоритмов, а государственные программы активизируют развитие направления. Совместно с «ПостНаукой» «Росатом» запустил путеводитель по квантовым технологиям.

Российские инженеры постепенно сокращают отставание по темпам внедрения и точности новых технологий. Например, разработка iDEA позволяет контролировать параметры сверхпроводниковых кубитов с точностью ±0,2 ангстрема, обеспечивая при этом 99% годных элементов — результат, сопоставимый с западными стандартами.

Зачем всё это бизнесу? Квантовые вычисления уже начинают менять правила игры в тех областях, где классические методы не справляются: моделирование молекул, разработка новых материалов, финансовые и логистические задачи, оптимизация цепочек поставок, криптография. Одной из главных угроз является возможность взлома современных систем шифрования, что станет реальностью при появлении около 1500 логических кубитов. Это затронет не только традиционные платежные системы, но и криптовалюты. Хотя пока это долгосрочный риск — такие квантовые машины могут появиться к 2040 году — крупнейшие IT-компании уже готовят свои системы к «постквантовой» эпохе.

До массового появления квантовых компьютеров в офисах ещё далеко. Облачные платформы уже предоставляют доступ к квантовым алгоритмам, крупные компании запускают пилотные проекты и тестируют решения на реальных задачах, а инвестиции в квантовый сектор превысили $2,3 млрд. Тем не менее, квантовые компьютеры пока не конкурируют с обычными ПК и остаются инструментом для узкой группы специалистов и компаний, готовых к экспериментам.

Однако уже через 5–10 лет квантовые вычисления могут стать привычной частью цифровой инфраструктуры крупных компаний. Они будут использоваться для решения задач, которые ранее казались невозможными или слишком дорогими. Тогда вопрос «зачем нам квантовый компьютер?» просто исчезнет, уступив место одному — «почему мы так долго ждали?»