vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

Квантовые компьютеры

Новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

Дункан Стюарт

Е ОДИН, А СРАЗУ ПЯТЬ ПРОГНОЗОВ развития	торые важные прикладные вычисления лучше, чем
квантовых компьютеров (КК) в 2019 году и в после-	классические, но это не означает, что они получат
Ндующие годы, подготовил «Делойт»:	превосходство в сравнении с традиционными компью-
1. Квантовые компьютеры не заменят классиче-	терами при решении даже 10% от всех существующих
ские еще как минимум несколько десятилетий,	в мире вычислительных задач.
а возможно, и никогда. Ожидается, что в 2019-м	2. Объем	рынка	квантовых	компьютеров
или 2020 году впервые будет продемонстрировано	будущего будет примерно сопоставимым с се-
реальное доказательство «квантового превосходства»	годняшним рынком суперкомпьютеров (около
(иногда называемого «квантовым преимуществом»),	50 млрд долл. США). Для сравнения, размер
то есть квантовый компьютер впервые сможет решить	рынка	классических	вычислительных устройств
задачу, недоступную для классических цифровых ком-	(от потребительских смартфонов до корпоративных су-
пьютеров на транзисторах, в приемлемые сроки или	перкомпьютеров) в 2019 году, по прогнозам, превысит
с использованием приемлемого объема ресурсов. Это	1 трлн долл. США1. Даже в 2030 году ни одно из мил-
событие, несомненно, станет важной вехой в истории,	лиардов цифровых устройств, включая смартфоны,
однако термин «квантовое превосходство» может	настольные компьютеры, планшеты и простейшие
ввести общественность в заблуждение. Квантовые	корпоративные вычислительные устройства, не будет
компьютеры действительно смогут проводить неко-	квантовым, хотя не исключено, что такие устройства

100

vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

будут периодически (а может, даже часто) проводить квантовые вычисления с помощью облачных сервисов. Годовой объем продаж КК составит десятки млн долл. США в 2019 году, сотни млн долл. США в 2020-е годы и десятки млрд долл. США в 2030-е годы. Однако объем продаж обычных компьютеров в эти же годы будет со- ставлять 1–2 трлн долл. США в год.

3.Первые универсальные коммерческие квантовые компьютеры появятся не ранее 2030-х годов.

Вероятно, в 2020-е годы будет достигнут прогресс в области квантовых вычислений, однако рост рынка, скорее всего, произойдет лишь в последующем десяти- летии2. (Однако некоторые серьезные ученые полагают, что универсальный КК не будет создан никогда3, хотя большинство исследователей все же придерживаются противоположного мнения.)

4.В 2020-е годы оборот рынка компьютеров, использующих квантовую технологию промежуточного масштабирования (Noisy Intermediate Scale Quantum — NISQ), которые можно считать первыми квантовыми компьютерами, будет составлятьсотнимиллионовдоллароввгод.Веро-

ятно, первые модели КК (NISQ-компьютеры), несмотря на подверженность влиянию «шумов» и меньшую на- дежность, по сравнению с более мощными и гибкими КК, которые появятся позднее, будут коммерчески успешными благодаря своим расширенным вычисли- тельным мощностям. Весь спектр отраслей, которые

ГодовойобъемпродажККсоставит

ДЕСЯТКИ МЛН

долл.СШАв2019году,

СОТНИ МЛН

долл.СШАв2020-егоды,

ДЕСЯТКИ МЛРД

долл.СШАв2030-егоды. Однакообъемпродажобычных компьютероввэтижегоды будетсоставлять

1–2 ТРЛН

долл.СШАвгод

смогут использовать вычисления на базе NISQ, опреде- лить пока сложно, но уже можно практически с полной уверенностью предположить, что эта технология будет полезна биологическим и химическим компаниям.

5.Кроме того, в 2020-е годы объема в сотни миллионов долларов в год может достичь рынок решений для обеспечения кибербезопасности от квантовых угроз. Одно из направлений, экспо- ненциальный рост которого почти наверняка обеспечат масштабные КК, — это информационная безопасность и криптография. Например, известный квантовый алго- ритм—алгоритмШора—приреализациинадостаточно большом КК позволяет взламывать многие из существу- ющих криптосистем с открытым ключом4, такие как RSA и ECC. Для защиты от угроз со стороны мощных КК организации и правительства должны начать действо- вать уже сейчас, а не по факту материализации угрозы5, потому что к тому времени, как она возникнет, будет уже слишком поздно.

Теоретический прорыв при отсутствии практической пользы

О том, что полноценный квантовый компьютер вот-вот будет создан, говорят уже не один год, а то и не одно деся- тилетие. Если вы устали ждать, то знайте, что в ближайшие пару лет в этой области наконец произойдет значительный прорыв — будет достигнуто «квантовое превосходство». Что же изменится, когда это произойдет?

Реалистичный ответ звучит так: на первый взгляд, не слишком многое. Несмотря на то что квантовое пре- восходство станет поворотным моментом в эволюции квантовых вычислений, на практике (по крайней мере,

вближайшем будущем) КК будут по-прежнему сложными для построения и программирования и к тому же громозд- кими, а значит, об их коммерциализации в краткосрочной перспективе говорить не стоит. Тем не менее прогресс

вэтой области продолжается, пусть и неравномерными скачками. Как с научной, так и с экономической точки зрения квантовые вычисления имеют большие перспек- тивы. Для того чтобы не упустить важную информацию из-за шумихи, которая, несомненно, последует за подтверж-

дением квантового превосходства, полезно разобраться в основах квантовых вычислений.

101

vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

Как устроен квантовый компьютер?

Мощность КК измеряется количеством квантовых битов («кубитов»), которые при квантовых вычислениях заменяют транзисторы, использующиеся в классическом компьютере. Современные КК содержат только реальные, «физические» кубиты в виде квантовых систем, имеющих два базовых состояния.Например,вроликубитаможетвыступатьпараза- хваченных в оптическую «ловушку» ионов, которые, однако, быстро распадаются, что может приводить квозникновению ошибок при вычислениях. Для формирования одного лишь «логического» кубита, то есть кубита, обеспечивающего устойчивость к ошибкам и исправление возникающих ошибок, требуется 1 000 физических кубитов. В настоящее время даже эта цифра выходит далеко за пределы наших возможностей. Таким образом, для создания универсаль- ного КК или, иными словами, «КК, предназначенного для решения более широкого спектра задач», потребуются сотни логических и сотни тысяч физических кубитов.

По состоянию на 2018 год существуют КК, опериру- ющие 206 и 19 физическими кубитами7. Их характеристики изучены и опубликованы. Кроме того, имеются публичные заявления о создании устройств, состоящих из 50, 72 и даже 128 физических кубитов, однако ни один из разработчиков

Несмотря на то что квантовое превосходство станет поворотным моментом

вэволюции квантовых вычислений, на практике (по крайней мере,

вближайшем будущем)

ККбудут по-прежнему сложными для построения и программирования и к тому же громоздкими, а значит, об их коммерциализации

вкраткосрочной перспективе говорить не стоит.

пока не опубликовал соответствующие спецификации,

апотому информация о возможностях таких КК по кон- тролюошибокиихисправлениюотсутствует.Считается,что квантовое превосходство будет достигнуто в компьютере, имеющем 60 или более физических кубитов8, но прогресс пока идет медленно, так как, по мере увеличения числа фи- зических кубитов, добавлять новые становится все сложнее. Тем не менее к 2020 году почти наверняка будет создан

ККмощностью более 60 физических кубитов и будут опу- бликованы его спецификации. Таким образом, существует вероятность, что к указанному сроку мы получим первое доказательство квантового превосходства.

На создание вычислительной машины на 200логических кубитов (согласно расчетам, это минимальная мощность, способная обеспечить коммерческий успех универсального КК), которая будет состоять из 200 тыс.физических кубитов, что на три порядка превышает уровень 2018 года, почти наверняка уйдет намного больше пяти, а то и десяти лет. Когда такие устройства появятся, это будут массивные не- подъемные агрегаты стоимостью в миллионы долларов, для программирования и обслуживания которых потребуются квалифицированные программисты, но которые будут пре- восходитьклассическиекомпьютерытольковограниченном наборе сложных вычислительных задач. Соответственно, независимо от того, когда будут разработаны такие уни- версальные КК — в 2025 году (что маловероятно) или же в 2045-м (что более вероятно), — годовой оборот миро- вого рынка аппаратного обеспечения для таких устройств (в отличие от программного обеспечения и услуг), вероятно, будет составлять около 50 млрд долл. США. Эта цифра приблизительно равна текущему объему рынка суперком- пьютеров, который также формируют крупногабаритные непортативныеустройствастоимостьювмиллионыдолларов, применяемые для решения сложных узкоспециализиро- ванных вычислительных задач. В 2017 году размер рынка суперкомпьютеров составил примерно 32 млрд долл. США,

ак 2022 году ожидается его рост до 45 млрддолл. США9.

Квантовые вычисления перспективны уже сегодня

Несмотря на то что формирование рынка КК может занять годы, такие устройства не заменят традиционные компьютеры, а объем рынка КК к третьему десятилетию 21 века составит не триллионы, а всего 50 млрд долл. США. Прогресс, ожидаемый в ближайшем будущем, все же обеспечит значительное продвижение, по сравнению с практически нулевым уровнем, на котором мы нахо- димся сейчас. С точки зрения новых источников дохода, КК

102

vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

станут одной из самых перспективных «новых» технологий,	годы11, хотя некоторые ученые с вероятностью один к шести
которые будут развиваться в течение следующего десяти-	называют 2026 год12. Тем не менее готовиться к этой угрозе
летия. Достижение квантового превосходства в отдельных	нужно уже сегодня. Конфиденциальная информация, уда-
отраслях приведет к их комплексному преобразованию.	ленное обновление программного обеспечения, системы
Однако квантовые вычисления важны не только	управления идентификационными данными пользова-
сами по себе, но и благодаря инновациям, которые они	телей, интернет-устройства с длительным сроком службы
привносят в классические вычисления. Потенциальные	и все прочие активы, безопасность которых необходимо
возможности, которые заключают в себе квантовые	обеспечивать в долгосрочной перспективе, должны быть
компьютеры, стимулируют развитие традиционной вычис-	защищены от «квантовой угрозы» прежде, чем будут
лительной индустрии, что приводит к многочисленным	разработаны первые модели крупных КК. Тестирование со-
успехам в использовании классических компьютеров для	ответствующихрешенийведетсяужевнесколькихотраслях.
моделирования квантовых вычислений10. Эти достижения	Сегодня организации, работающие в таких сферах, как
принесут выгоды еще задолго до того, как в продажу по-	автомобилестроение, оборона, энергетика, жилищно-ком-
ступят крупные коммерческие КК.	мунальное хозяйство, здравоохранение и финансовые
Квантовая безопасность стала	услуги, внедряют системы длительного пользования,
	которые не предусматривают защиту от квантовых атак,
актуальной уже вчера	и, таким образом, подвергают себя рискам, связанным
	со значительной ответственностью и накладными расхо-
Одним из пугающих аспектов развития КК является	дами в будущем. И это еще не самое худшее, что может
даже не потенциальная возможность, а абсолютная уверен-	случиться. Если говорить о национальной безопасности,
ность в том, что они будут использоваться для взлома кодов,	то злоумышленники сегодня могут хранить информацию,
которые раньше не поддавались расшифровке, и систем,	зашифрованную с помощью классических алгоритмов,
которые прежде считались неприступными. По всей ви-	с тем чтобы расшифровать ее в будущем с помощью КК
димости, это произойдет только тогда, когда на рынке	(этот подход получил название «сбор данных для последу-
появятся коммерческие КК, то есть, скорее всего, в 2030-е	ющей расшифровки»).

КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ: ХОЛОДНЫЙ РАЗУМ

Для стабилизации состояния кубитов в КК требуется постоянный контроль. Поскольку стабильной работе квантовой системы часто мешают изменения температуры, многие КК создаются при чрезвычайно низких температурах.

В частности, атомы полностью прекращают движение при абсолютном температурном нуле (-273,15 градусов по шкале Цельсия, -459,67 градусов по шкале Фаренгейта, 0 градусов по шкале Кельвина). Азот превращается

в жидкость при температуре 77 кельвинов, а гелий разжижается при температуре около 4 кельвинов. По состоянию на 2018 год наиболее распространенные версии КК (устройства от Google, Intel, IBM и D-wave) работают при температурах значительно ниже 4 кельвинов (обычно около 0,015 кельвинов, или 15 милликельвинов), хотя некоторые из них требуют еще более низких температур, измеряемых уже в микрокельвинах. Такие агрегаты вместе с системами охлаждения, без которых они попросту не могут работать, весят тонны, имеют размер небольшого автомобиля, стоят миллионы долларов и потребляют много энергии. В будущем такая ситуация сохранится: даже в 2030 году любой КК, работающий при милликельвиновых температурах, будет иметь примерно такие же размеры, стоимость и энергоемкость, что и сегодня.

Однако предлагаются также проекты по созданию КК, требующие «просто» очень низких температур, которые могут быть обеспечены с помощью жидкого азота. Эти машины будут дешевле и компактнее, хотя все же крупнее и дороже почти любой модели классического компьютера. Также возлагаются надежды на технологии, обеспечивающие работу КК при комнатной температуре, хотя ни одно из таких решений пока

не продемонстрировало свою эффективность для установок мощностью более одного или двух физических кубитов.

С учетом отсутствия прогресса в отношении данных разработок, становится ясно, что квантовые вычисления на смартфонах если и будут возможны, то только через облачные сервисы.

103

vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

КВАНТОВЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ГЛОССАРИЙ

Классический компьютер. Такой компьютер представляет собой традиционное электронное цифровое вычислительное устройство, использующее бинарный код и почти всегда работающее на основе кремниевого полупроводникового транзистора и аппаратного обеспечения на интегральных схемах.

Квантовый компьютер. Компьютер, который выполняет расчеты, используя явления квантовой механики, такие как квантовая суперпозиция и квантовая запутанность. В настоящее время ведется работа более чем над десятью различными версиями КК, многие из которых требуют поддержания сверхнизких температур. Какая из них получит дальнейшее распространение, пока неясно. Квантовые компьютеры превосходят традиционные далеко не во всех отношениях. Они могут предложить впечатляющие возможности для ускоренного решения отдельных видов задач, но с другими задачами справляются не лучше, а порой и хуже, чем обычные компьютеры.

Квантовая суперпозиция и квантовая запутанность. Эти явления — своего рода «секретный рецепт» работы квантовых компьютеров... Но для того чтобы представить себе вероятный размер рынка и срок коммерциализации квантовых компьютеров, понимать эти термины совсем не обязательно. Более подробную информацию о суперпозиции и запутанности можно почерпнуть из многочисленных статей в Интернете, где разъясняются эти понятия.

Квантовое превосходство (квантовое преимущество). Эти термины более или менее взаимозаменяемы и обозначают переход на следующий этап развития, когда квантовый компьютер сможет в приемлемые сроки или используя приемлемый объем ресурсов выполнить какую-либо задачу, которую не способен решить ни один классический компьютер. При этом крайне важно понимать, что, даже если КК продемонстрировал свое преимущество при решении какой-либо одной задачи, это не означает, что он дает преимущество при

решении всех прочих или даже любых других отдельно взятых задач. Существуют разные уровни, на которых

ККможет обеспечивать более высокие вычислительные скорости, чем классический компьютер (см. параграфы

оквадратичных и экспоненциальных ускорениях ниже).

Квантовое преимущество. Несмотря на то что достижение квантового превосходства — это важная теоретическая веха, вполне возможно, что оно станет лишь решением одной из вычислительных задач, которое не обеспечивает практической ценности. В связи с этим многие считают, что более важным прорывом станет «квантовое преимущество», когда квантовый компьютер сможет в приемлемые сроки или же используя приемлемый объем ресурсов решить конкретную прикладную задачу, с которой не может справиться ни один классический компьютер.

Квадратичное ускорение. Существует ряд вычислительных задач (например, поиск по неупорядоченному списку)13, при решении которых КК способен обеспечить квадратичное ускорение по сравнению с классическим. Так, если для запуска определенного процесса классическому компьютеру требуется выполнить N шагов, квантовый может сделать это за √N шагов. (Самый известный метод, который КК могут использовать

для достижения квадратичного ускорения, — это алгоритм Гровера.) Например, если выполнение какого либо расчета на классическом компьютере займет 365 дней, то на квантовом его можно будет выполнить всего за 19,1 дня. Тем не менее в настоящее время существует не так уж много практических вычислительных задач, решение которых занимает целый год, а потому более реалистичным будет следующий пример: если вычисление на традиционном компьютере занимает 8 часов, то на КК его можно будет выполнить менее чем

за 3 часа. Возможно, такая скорость послужит достаточным оправданием для использования КК, который стоит миллионы долларов и требует штата специалистов для программирования и обслуживания, а возможно, и нет. Ускорение всего лишь квадратичного порядка — не всегда достаточный аргумент в пользу применения КК.

Экспоненциальное ускорение. Реальные преимущества КК получают в том случае, когда обеспечивают экспоненциальное ускорение вычислений, а это мы можем наблюдать уже сегодня при решении отдельных классов задач, таких как взлом систем шифрования с открытым ключом или моделирование химических и биологических систем. Так, если классической вычислительной машине понадобится девять миллиардов лет, чтобы взломать открытый ключ, а квантовому компьютеру за счет квадратичного ускорения — три миллиарда лет, то нам от этого нет никакой пользы.

104

vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

С другой стороны, экспоненциальное ускорение, которое позволяет взломать код за считанные минуты или даже секунды, может перевернуть рынок. Вместе с тем пока неясно, как часто КК смогут обеспечивать экспоненциальное ускорение вычислений. Сегодня известно лишь небольшое количество задач, которые КК способны решить за счет экспоненциального ускорения. Однако оптимисты считают, что со временем таких задач станет больше.

Физический кубит. В качестве кубита может выступать любая двухуровневая квантовомеханическая система. Среди прочего такие системы включают в себя фотоны, электроны, атомные ядра, атомы, ионы, квантовые точки и сверхпроводящие электронные схемы. По состоянию на 2018 год в большинстве крупных КК используются либо сверхпроводящие кубиты, либо решения на основе захвата ионов в специальные ловушки.

Логический кубит. Для построения одного логического кубита используется несколько нестабильных физических кубитов. Получившийся логический кубит является отказоустойчивым и обеспечивает коррекцию ошибок. Однако по состоянию на 2018 год не был создан еще ни один логический кубит. Предполагается, что для создания такого кубита потребуется большое количество физических кубитов. В настоящее время ученые сходятся на том, что их число будет измеряться сотнями или даже тысячами. Для разработки универсального КК, который сможет решать широкий круг задач, необходимо большое количество логических кубитов.

Квантовая технология промежуточного масштабирования (Noisy Intermediate Scale Quantum, NISQ).

Конечной целью разработчиков является устройство, состоящее из сотен логических кубитов. Однако КК, оперирующие достаточно большим количеством физических кубитов, вероятно, уже будут представлять коммерческую ценность, поскольку их можно будет применять для решения узкоспециализированных задач или моделирования. Д-р Джон Прескилл, один из ведущих исследователей в области квантовых вычислений, считает: «100-кубитный квантовый компьютер не изменит мир в одночасье, [но] мы должны рассматривать его как важный шаг на пути к созданию более мощных квантовых технологий будущего»14.

Квантовое моделирование. Квантовые системы, по сути, имеют непосредственное отношение к решению некоторых проблем, например связанных с химическими процессами, молекулярной динамикой и электронными свойствами материалов. Как известно, классические компьютеры мало пригодны для моделирования квантовых систем, поскольку могут использовать лишь грубые приближения. В то же время для эффективного решения этой задачи хорошо подходят квантовые компьютеры, которые также работают на основе принципов квантовой механики.

Моделирование квантовых компьютеров при помощи классических. Любые задачи, которые решают существующие на сегодняшний момент модели КК, можно с таким же успехом выполнить с помощью классического компьютера путем моделирования квантовых вычислений. Многие исследователи полагают, что квантовые компьютеры обойдут классические (то есть будет достигнуто квантовое превосходство), когда будет пройден порог, измеряемый определенным количеством физических кубитов. Затруднение заключается в том, что технологии моделирования квантовых вычислений на классических компьютерах развиваются приблизительно такими же темпами, какими растет число физических кубитов в квантовых компьютерах. В 2017 году, когда самой современной моделью КК было устройство на 20 физических кубитов, считалось, что при решении узкоспециализированных задач классический компьютер способен составить конкуренцию квантовому компьютеру на 42 физических кубита, а вот при 48 физических кубитах силы будут неравны. Однако в 2018 году, когда уже разрабатывались более крупные системы, состоящие из большего количества физических кубитов, были достигнуты успехи в классических вычислениях, благодаря которым традиционный компьютер с помощью моделирования смог сравняться по возможностям с КК на 48 физических кубитов.

Таким образом, планка квантового превосходства повысилась (по крайней мере в конкретной области). Вероятно, квантовое превосходство не будет достигнуто до появления КК на 60 физических кубитов.

Вместе с тем квантовая гонка не может длиться бесконечно: ведь только для хранения математической модели скромного по размерам квантового компьютера (скажем, на 100 кубитов) классическому компьютеру потребуется жесткий диск, состоящий из всех атомов во Вселенной!

105

vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

ВЫВОДЫ

Уже сегодня организации и правительства могут предпринять ряд шагов, чтобы получить преимущества в мире квантовых вычислений и обезопасить свою деятельность.

Разработка долгосрочного плана по информационной безопасности в отношении квантовых угроз.

Следует заранее подумать об укреплении своих систем для защиты информации от квантового взлома. Национальный институт стандартов и технологий (NIST) при Министерстве торговли США недавно провел оценку угроз,

которые могут создать квантовые компьютеры, и рекомендовал организациям развивать «готовность к криптоугрозам», то есть способность быстро переключаться с криптографических алгоритмов на новые, более защищенные механизмы, которые будет публиковать или одобрять NIST15. Организации должны следить за развитием ситуации

и разрабатывать дорожные карты для выполнения указанных рекомендаций16.

Компаниям, работающим с атомарными структурами, следует рассмотреть возможность использования технологии NISQ. Квантовые устройства, оперирующие 50–100 физическими кубитами и запрограммированные на решение одной конкретной задачи, не могут использоваться для решения широкого спектра задач, однако могут быть полезны при моделировании поведения атомов. Такие устройства появятся на рынке в относительно

недалеком будущем. Организации, ведущие деятельность в сфере химических и биологических наук почти наверняка смогут использовать их с выгодой для себя. Многие представители этих областей уже инвестируют средства

в разработку классических высокопроизводительных вычислительных систем (High-performance Computing, HPC)17, а потому реализация инициатив в сфере NISQ представляется логичным шагом.

Компаниям, работающим со структурами более крупных размеров, также стоит подумать о применении

NISQ. NISQ-компьютеры можно применять не только для решения задач химии и биологии, но и в других областях. Например, существует мнение, что в финансовом секторе такие промежуточные модели КК могут использоваться для оптимизации портфелей18. Кроме того, их можно применять для разработки торговой стратегии,

прогнозирования доходности портфелей, ценообразования активов и анализа рисков19. Представители транспортного сектора также рассматривают возможность использования КК: некоторые автопроизводители анализируют применимость КК для моделирования трафика, алгоритмов машинного обучения и более мощных аккумуляторов20. Компании логистической отрасли считают, что у КК есть потенциал для планирования маршрутов и полетов и решения известной задачи «о коммивояжере», которая представляет трудность для классических компьютеров

(поиск самого эффективного маршрута, проходящего через указанные города хотя бы по одному разу с последующим возвратом в исходный город)21. В отличие от HPC-систем, NISQ-компьютеры, вероятно, найдут применение

как в правительственных, так и в научных кругах, будь то метеомоделирование22 или решение задач ядерной физики23 (и это лишь два примера их возможного использования).

Модернизация высокопроизводительной вычислительной архитектуры24. Компании, представляющие отрасли, которые уже инвестируют средства в HPC-системы (например, аэрокосмическая и оборонная отрасли, нефтегазовый сектор, медико-биологическая отрасль, сектор промышленного производства и сектор финансовых услуг), должны изучить возможное влияние квантовых вычислений на архитектуру таких систем.

Вбудущем повсеместное распространение могут получить гибридные архитектурные решения, связывающие обычные HPC системы с квантовыми компьютерами. Например, одна компания подготовила описание гибридной HPC квантовой архитектуры для моделирования и проектирования водораспределительных систем.

Вэтой архитектуре используется квантовая нормализация — метод решения ограниченного круга задач, помогающий сузить диапазон проектных решений при моделировании с помощью традиционной вычислительной системы, что дает возможность значительно сократить общие временные затраты на вычисления25.

106

vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

Перераспределение аналитических нагрузок. Многие компании регулярно осуществляют крупномасштабные вычисления в целях управления рисками, прогнозирования, планирования и оптимизации своих процессов. Квантовые вычисления могут не просто ускорить решение соответствующих задач, но и помочь организациям полностью переосмыслить методы работы и решить совершенно новые задачи. Руководителям следует задаться вопросом: «Что произойдет, если мы сможем выполнять эти вычисления в миллион раз быстрее?» Ответ может изменить представление компаний об операционной деятельности и бизнес-стратегии.

Как уже отмечалось ранее, компании могут реализовать некоторые преимущества квантовых вычислений еще до того, как на рынке появятся полноценные квантовые компьютеры. Исследователи, занимающиеся квантовыми вычислениями, уже разработали усовершенствованные способы решения отдельных задач с помощью обычных компьютеров. Некоторые из них стремятся применять «квантовый подход» при решении проблем, возникающих при классических вычислениях26. Так, одна из инновационных компаний, предлагающая решения для ИИ на базе квантовых технологий, утверждает, что этот подход помогает ей наращивать вычислительные скорости27.

Сотрудничество с исследовательскими организациями. Для компаний может оказаться целесообразным вложить часть средств, выделенных на НИОКР, в сотрудничество с научно-исследовательскими организациями, работающими в этой сфере. Именно так поступает, например, Австралийский банк Содружества28. Такие партнерства могут послужить для организаций эффективным инструментом, позволяющим быть в курсе последних достижений в области КК и способов практического применения квантовых вычислений. В настоящее время исследования в области квантовых

вычислений ведут Университет Южной Калифорнии, Технологический университет Делфта, Университет Ватерлоо, Университет Нового Южного Уэльса, Университет штата Мэриленд и Институт «Квантум» при Йельском университете.

В ближайшие два года директора по информационным технологиям большинства компаний не будут включать квантовые вычисления в бюджеты своих департаментов. Однако это не означает, что ведущие организации должны игнорировать данное направление. Учитывая стремительный прогресс в сфере квантовых вычислений и масштаб его возможных последствий, специалисты в области бизнес- и технологических стратегий должны уже сейчас следить

за развитием событий в индустрии квантовых вычислений. Для большинства компаний крупномасштабные инвестиции

вэту область еще какое-то время не будут давать отдачи. В то же время инвестиции во внутренние учебные программы, налаживание сотрудничества с научно-исследовательскими организациями и планирование стратегий развития

вбудущем квантовом мире могут принести положительные результаты.

107

vk.com/id446425943

Квантовые компьютеры – новые суперкомпьютеры, но не ноутбуки

Примечания

1.По состоянию на 2018 год стоимость рынка потребительских смартфонов составила 500 млрд долл. США; 200 млрд долл. США приходятся на ПК, 100 млрд долл. — на планшеты и другие мобильные потребительские устройства, 150 млрд долл. — на центры обработки данных и 32 млрд долл. — на суперкомпьютеры.

2.Paul Teich, “Quantum computing will not break your encryption, yet”, Forbes, 23 октября 2017 года.

3.Katia Moskvitch, “The argument against quantum computers”, Quanta Magazine, 7 февраля 2018 года.

4.Lily Chen et al., Report on post-quantum cryptography, Национальный институт стандартов и технологий США, Министерство технологий США, апрель 2016 года.

5.Teich, “Quantum computing will not break your encryption, yet”.

6.IBM, “Quantum devices and simulators”, дата просмотра — 18 октября 2018 года.

7.Rigetti, “QPU specifications”, дата просмотра — 18 октября 2018 года.

8.Andrew Trounson, “Quantum leap in computer simulation”, Университет Мельбурна, 26 июня 2018 года.

9.Cision PR Newswire, “High performance computing market — global forecast to 2022”, 26 февраля 2018 года.

10.Kevin Hartnett, “Major quantum computing advance made obsolete by teenager”, Quanta Magazine, 31 июля 2018 года.

11.Teich, “Quantum computing will not break your encryption, yet”.

12.Michele Mosca, Cybersecurity in an era with quantum computers: Will we be ready?, Institute for Quantum Computing, дата просмотра — 14 ноября 2018 года.

13.Scott Aaronson, “When exactly do quantum computers provide a speedup?”, PowerPoint presentation, MIT, дата просмотра — 18 октября 2018 года.

14.John Preskill, “Quantum computing in the NISQ era and beyond”, Quantum 2 (2018): стр. 79, DOI: https://doi. org/10.22331/q-2018-08-06-79.

15.Chen et al., Report on post-quantum cryptography, стр. 7.

16.Tina Amirtha, “Everyday quantum computing is years off — so why are some firms already doing quantum encryption?”, ZD Net, 2 июня 2016 года.

17.Angeli Mehta, “Big business computing”, Chemistry World, 2 мая 2018 года.

18.Faye Kilburn, “Quantum computers a ‘viable’ choice in portfolio optimisation”, Risk.net, 23 июля 2018 года.

19.Phil Goldstein, “How will quantum computing help banks?”, BizTech, 18 января 2018 года.

20.Volkswagen, “Volkswagen group and Google work together on quantum computers”, 7 ноября 2017 года.

21.Bohr website, “How quantum computing will disrupt your logistics company?”, 5 апреля 2018 года.

22.A. V. Frolov, “Can a quantum computer be applied for numerical weather prediction?”, Russian Meteorology and Hydrology 42, № 9 (2017): стр. 545–53, DOI: 10.3103/S1068373917090011.

23.Joseph Carlson et al., “Quantum computing for theoretical nuclear physics”, Institute For Nuclear Theory, дата просмотра — 18 октября 2018 года.

24.Эта рекомендация и информация в нижеследующих параграфах ранее приводилась в публикации Deloitte University Press David Schatsky and Ramya Kunnath Puliyajodil, From fantasy to reality: Quantum computing is coming to the marketplace,

Deloitte University Press, 26 апреля 2017 года.

25.D-Wave Systems Inc., “Applications: More than 100 early applications run on D-Wave”, 6 апреля 2017 года.

26.Natalie Wolchover, “Classical computing embraces quantum ideas”, Quanta Magazine, 18 декабря 2012 года.

27.Arun Majumdar, “Quantum inspired computing: QuIC”, LinkedIn Pulse, 29 апреля 2015 года.

28.Rohan Pearce, “Behind the Commonwealth Bank’s investment in quantum computing”, ComputerWorld, 2 июня 2016 года.

108

vk.com/id446425943

Высокие технологии, телекоммуникации, развлечения и СМИ: прогноз развития отраслей 2019

Об авторах

ПОЛ ЛИ является партнером «Делойта» в Великобритании, а также руководителем Международной группы «Делойта» по проведению исследований в сфере высоких технологий, телекоммуникаций, развлечений и СМИ и аналогичной группы «Делойта» в Великобритании.

ДУНКАН СТЮАРТ является директором Международной группы по проведению исследований в сфере высоких технологий, телекоммуникаций, развлечений и СМИ «Делойта» в Канаде. Он регулярно выступает на конференциях и делает презентации для компаний на темы, связанные с маркетингом, технологиями, тенденциями в сфере потребления и долгосрочными перспективами развития рынка высоких технологий, телекоммуникаций, развлечений и СМИ.

ДЖЕФФ ЛУКС является исполнительным директором Центра высоких технологий, телекоммуникаций, развлечений и СМИ «Делойта». Основные области его специализации — изучение стратегий организаций в сфере ускорения внедрения изменений; проведение исследований и создание аналитических материалов, помогающих компаниям зарабатывать на технологических изменениях.

КРИС АРКЕНБЕРГ занимает должность менеджера в Центра высоких технологий,

телекоммуникаций, развлечений и СМИ		«Делойта». Он	посвятил свою
карьеру исследованию	того, как компании	и их сотрудники	взаимодействуют
с трансформационными	технологиями.

Контакты

Пол Саломи	Марк Кейси	Крейг Вигинтон
Руководитель Международной	Руководитель группы	Руководитель группы
группы по обслуживанию	по обслуживанию компаний	по обслуживанию компаний
компаний в сфере ТМТ	в сфере развлечений и СМИ	в сфере телекоммуникаций
[phone]	[phone]	[phone]
[e-mail]	[e-mail]	[e-mail]

109

vk.com/id446425943

Sign up for Deloitte Insights updates at www.deloitte.com/insights.

Follow @DeloitteInsight

Deloitte Insights contributors

Editorial: Junko Kaji, Matthew Budman, Karen Edelman, Aditi Rao, Blythe Hurley,

Preetha Devan, Abrar Khan, and Rupesh Bhat

Creative: Emily Koteff-Moreano, Mark Milward, Sonya Vasilieff, and Molly Woodworth Promotion: Nabela Ahmed

Cover artwork: Mike Ellis

About Deloitte Insights

Deloitte Insights publishes original articles, reports and periodicals that provide insights for businesses, the public sector and NGOs. Our goal is to draw upon research and experience from throughout our professional services organization, and that of coauthors in academia and business, to advance the conversation on a broad spectrum of topics of interest to executives and government leaders.

Deloitte Insights is an imprint of Deloitte Development LLC.

About this publication

This publication contains general information only, and none of Deloitte Touche Tohmatsu Limited, its member firms, or its and their affiliates are, by means of this publication, rendering accounting, business, financial, investment, legal, tax,

or other professional advice or services. This publication is not a substitute for such professional advice or services, nor should it be used as a basis for any decision or action that may affect your finances or your business. Before making any decision

or taking any action that may affect your finances or your business, you should consult a qualified professional adviser.

None of Deloitte Touche Tohmatsu Limited, its member firms, or its and their respective affiliates shall be responsible for any loss whatsoever sustained by any person who relies on this publication.

About Deloitte

Deloitte refers to one or more of Deloitte Touche Tohmatsu Limited, a UK private company limited by guarantee (“DTTL”),

its network of member firms, and their related entities. DTTL and each of its member firms are legally separate and independent entities. DTTL (also referred to as “Deloitte Global”) does not provide services to clients. In the United States, Deloitte refers

to one or more of the US member firms of DTTL, their related entities that operate using the “Deloitte” name in the United States and their respective affiliates. Certain services may not be available to attest clients under the rules and regulations of public accounting. Please see www.deloitte.com/about to learn more about our global network of member firms.

Copyright © 2018 Deloitte Development LLC. All rights reserved.

Member of Deloitte Touche Tohmatsu Limited