Квантовые компьютеры ускоряют мир

Ученые из Российского квантового центра (РКЦ) запустили платформу с доступом к квантовому компьютеру. При помощи их разработки представители науки и бизнеса смогут быстро производить сложные математические вычисления, направленные на оптимизацию внутренних процессов: улучшить логистику, ускорить производство вакцин и медикаментов.

Квантовый компьютер — вычислительное устройство, выполняющее расчеты по законам квантовой физики. Информационные единицы такого устройства состоят из кубитов (квантовый бит информации), которые обладают свойством суперпозиции (возможность одновременно находиться в нескольких состояниях) и квантовой запутанности (взаимосвязь между кубитами). Кубиты связываются между собой при помощи квантовой запутанности и создают большое пространство состояний (вариантов), в котором система находится одновременно.

В каждый момент времени регистр классического компьютера, в котором есть 10 бит, позволяет находится только в одном из 1024 (210) возможных состояний. Квантовый компьютер может находиться одновременно во всех этих состояниях, поэтому в определенных задачах многократно увеличивается скорость вычислений.

Для разработки препаратов исследователи используют квантово-химические расчеты и тратят время на обработку нескольких десятков тысяч возможных вариантов, чтобы понять структуру химических соединений, выявить их терапевтические свойства и подобрать правильную дозировку. При помощи квантового компьютера время на подсчет этих данных можно значительно сократить. Уже было показано, что в некоторых случаях квантовый компьютер может решить за 200 секунд задачу, которую самый мощный классический цифровой компьютер будет обрабатывать 10 тыс. лет.

В 2018 году российские ученые решили создать платформу, которая упростит пользователям доступ к квантовым вычислительным устройствам и поможет найти квантовые компьютеры, подходящие для решения специфических задач индустрии. При разработке сервиса ученые проводят около 1 тыс. экспериментов в год, изобретая квантовые алгоритмы.

«Основным драйвером развития рынка квантовых вычислений будут приложения: алгоритмы, реализованные в виде программного обеспечения, которыми могут пользоваться бизнес-индустрия и конечные пользователи. Строя платформу, мы думали о том, как максимально упростить конечному пользователю доступ к квантовому компьютеру, обеспечить требуемый уровень абстракции и достаточное количество инструментов, чтобы работать с квантовыми компьютерами. Такая идеология лежит в основе нашей платформы»,— убежден руководитель научной группы и руководитель проекта Алексей Федоров.

Сервис работает с двумя видами компьютеров: универсальными для решения любых задач и узкоспециализированными, заточенными под конкретную специфическую цель. Это позволяет клиенту использовать разные типы вычислительных моделей. В будущем центр планирует предоставить возможность сравнивать одну и ту же задачу на устройствах, работающих на разных принципах, чтобы определить, какие вычислительные ресурсы им нужны для ускорения бизнес-процессов.

Сейчас платформа находится в режиме закрытого тестирования и доступна не всем: РКЦ проводит отбор пользователей, сопровождает их работу и дает доступ к узконаправленному функционалу. Подать заявку для работы с компьютером могут не только представители бизнеса (логистика, телекоммуникации, финансы, производство) и научные центры в России, но и за рубежом.

По мнению Алексея Федорова, после дополнительного тестирования разработка будет доступна широкому кругу пользователей меньше, чем через год.

«Сейчас появляются многочисленные запросы на тестирование. Мы постараемся максимально быстро расширить круг пользователей. Коммерческие платформы, например, компании D-Wave, поставщика квантовых вычислений, обычно дают возможность поработать с квантовыми компьютерами всем, но на ограниченное количество вычислительного времени — например, одну минуту вычислений любому пользователю. А дальше они начинают отбор или предлагают купить доступ к платформе (вычислительное время). Полагаю, что мы будем двигаться в схожем направлении: доступ для всех с ограниченной функциональностью и на определенное время, а после плавно перейдем к монетизации платформы за счет продажи доступа и сервисов»,— считает ученый.

Цена доступа на зарубежном сервисе зависит от типа компьютера и широты функционала. Компьютерный час самостоятельных расчетов на квантовых компьютерах стоит от сотен до тысяч долларов, а подготовка для заказчика готового приложения — от десятков до сотен тысяч долларов, так как его разрабатывают специалисты центра специально для клиента. По словам Алексея Федорова, стоимость доступа к платформе РКЦ и сервисов будет сравнима с зарубежными аналогами.

Руководитель проекта убежден, что благодаря разработке мир оптимизируется: квантовый компьютер ускорит процессы и будет значительно экономить время. Он не заменит классический, а дополнит и позволит грамотно распределять ресурсы между различными инструментами для решения вычислительных задач.

«Все важные задачи, которые отнимают ресурсы, можно будет значительно улучшить за счет применения квантового компьютера для решения этих задач. Мир ускорится, потому что мы начнем решать их намного быстрее: оптимизировать процессы, искать более оптимальные конфигурации материалов и лекарств, а также эффективно получать востребованные химические соединения. Многие люди думают, что это произойдет в отдаленном будущем,— на самом деле это начинает происходить прямо сейчас»,— говорит Федоров.

Также о запуске собственной облачной софтверной платформы сегодня сообщил Центр квантовых технологий МГУ им. М. В. Ломоносова. В отличие от платформы Российского квантового центра разработка МГУ будет интересна в первую очередь студентам, научным работникам и сотрудникам научно-исследовательских подразделений компаний, которые занимаются квантовыми вычислениями, квантовой информатикой и квантовым программированием