Про квантових компютерах: як різні країни розвивають цю технологію

4

Дізнаємося, хто вже використовує квантові обчислення в хмарі, які у них можливості і хто їх спонсорує.

Свої квантові комп’ютери створюють такі великі організації, як Google, IBM, Intel і ряд невеликих IT-компаній на кшталт D-Wave і стартапу Rigetti. Деякі з них відкривають доступ до своїх рішень для університетів і дослідницьких організацій. У цьому їм допомагає хмарна інфраструктура. Наприклад, IBM і Alibaba відкрили доступ до 20-кубитным і 11-кубитным комп’ютерів відповідно.
Хто займається квантовими технологіями
Квантова ініціатива в США
Ініціативи інших країн
Перспективи фінансових проектів
Для роботи з установками використовуються хмарні платформи IBM Q і Alibaba Cloud. Мета цих ініціатив — допомогти інженерам у роботі зі складними моделями машинного навчання і різними моделями реальних явищ: від кліматичних моделей до моделювання фінансових ринків.
Канадська компанія D-Wave Systems теж запустила свій хмарний сервіс. Її клієнти отримують доступ до квантових обчислень на хвилину в місяць. Здається, що це небагато, проте для виконання ряду завдань квантової машині достатньо всього декількох мілісекунд. Мова йде про факторизації великих чисел і побудові маршрутів — на подібні обчислення класичні комп’ютери витрачають дні і тижні.
Кілька компаній вже застосовують можливості системи D-Wave. Наприклад, Airbus використовувала комп’ютери на основі кубітів для створення нових літаків — необхідні розрахунки вдалося закінчити в чотири рази швидше, ніж на звичайних обчислювальних машинах. Volkswagen звернулася до квантових комп’ютерів для опрацювання алгоритмів керування безпілотними автомобілями.
Розвитком і популяризацією квантових обчислень займаються не тільки ІТ-компанії (наприклад, IBM сформували співтовариство розробників ПЗ для квантових комп’ютерів). Уряди багатьох країн починають просувати спеціальні фінансові ініціативи і закони, спрямовані на розвиток квантової галузі. Про деякі з них ми розповімо далі.
Квантова ініціатива в США
В середині грудня минулого року Сенат США прийняв законопроект про створення програми National Quantum Initiative (NQI). Мета нового акта — підтримати компанії та дослідницькі інститути, які працюють над створенням квантових комп’ютерів і мереж. План NQI розрахований на десять років, а на його реалізацію направлять 1,2 млрд доларів.
О квантовых компьютерах: как разные страны развивают эту технологию гаджеты
В рамках проекту планується побудувати від двох до п’яти нових наукових центрів для дослідження квантових технологій. За це буде відповідати міністерство енергетики США. Воно ж профінансує дослідження — кожному центру виділять по 25 млн доларів щорічно.
Також гроші спрямують на розвиток освітніх програм для фахівців в області квантових розробок. Національний науковий фонд США займеться підготовкою спеціальної освітньої програми для студентів вузів.
Відповідати за реалізацію задуманих проектів буде спеціально створений орган — Національне координаційне квантове управління (National Quantum Coordination Office). Його співробітники будуть контролювати дослідницькі програми і займатися консультаційними питаннями.
Ініціативи інших країн
Програми розвитку галузі квантових комп’ютерів створили також у Євросоюзі, Китаї та Росії. В Європі в 2016 році запустили ініціативу Quantum Flagship. Уряд і країни-учасники ЄС виділили мільярд євро на підтримку двадцяти проектів в області квантових обчислень. При цьому гроші підуть не тільки на створення комп’ютерів. Quantum Flagship включає напрямки теоретичної фізики і квантової метрології та зв’язку.
Один з прикладів фінансованих проектів — QMiCS від компанії Oxford Instruments. Його мета — створити бездротову мережу між квантовими пристроями.
Також фінансування отримали два проекти компанії Atos. Завдання першого — створити 50-кубитный квантовий комп’ютер на основі іонних пасток, одну з найпоширеніших і стабільних типів кубітів. Мета другого проекту — симулювати роботу системи з 500 квантових бітів. На сьогоднішній день вдалося змоделювати лише 60-кубитный комп’ютер.
Сфера квантових обчислень розвивається і в Китаї. У 2016 році в країні почали будувати нову дослідницьку лабораторію — на це китайське уряд виділив близько мільярда доларів. Науковий центр почне працювати в 2020 році.
Попередня фінансова підтримка уряду допомогла китайським вченим досягти перших успіхів в області квантових обчислень. У 2016 році команда дослідників запустила на орбіту супутник, в якому канали зв’язку захищені за допомогою квантового шифрування. Цю технологію застосовують і в наземних мережах: між Пекіном і Шанхаєм проклали квантовий канал зв’язку довжиною близько 2000 кілометрів.
О квантовых компьютерах: как разные страны развивают эту технологию гаджеты
Квантовими обчисленнями займаються і в Росії. У лютому 2018 року кілька організацій — Фонд перспективних досліджень, Зовнішекономбанк, МДУ, АНО «Цифрова економіка» — створили квантовий консорціум, мета якого — розробити 50-кубитный комп’ютер до 2021 року.
МДУ був пов’язаний з квантовими обчисленнями і до цього. У 2017 році університет отримав грант на створення центру квантових технологій. Його мета — розробка системи квантового шифрування даних. Цим напрямком займаються і в Університеті ІТМО: на спільний проект вузу і телеком-компаній в 2017 році уряд виділив 160 млн рублів.
Перспективи фінансових проектів
Законопроект американського уряду підтримали у великих ІТ-компаніях, наприклад в Microsoft. На думку представників корпорації, підтримка уряду необхідна для створення надійних многокубитных чіпів, які не допускають помилок в обчисленнях.
«Це завдання — одна з найважливіших у галузі. Чим більше кубітів містить процесор, тим вище шанс, що вони почнуть впливати на роботу один одного, створювати перешкоди, — говорить Сергій Бєлкін, начальник відділу розвитку 1cloud.ru. — Досягти нульового значення помилок поки нікому не вдалося. І це заважає нарощувати обчислювальні потужності квантових машин».
При цьому державне фінансування допоможе організаціям, які не можуть оплатити все необхідне для досліджень квантових технологій обладнання.
Завдяки підтримці уряду значних успіхів в області квантового шифрування домоглися китайські компанії. Очікується, що скоро квантова криптографія почне інтенсивно розвиватися і в США. Згідно з прогнозами, новий американський закон прискорить розробку стандартів для алгоритмів квантового шифрування, і вже до 2024 році технологію можуть почати впроваджувати в веб-сервіси.
Урядове фінансування допоможе розвивати квантові технології і в Росії. Можна очікувати, що проекти, які організовуються державними інститутами, згодом дозволять побудувати масштабні квантові мережі і проектувати многоквантовые чіпи.