Почему оксфордский физик считает, что квантовые вычисления — это большой пузырь

Никита Гурьянов — физик из Оксфордского университета, занимающийся вычислительной квантовой физикой. В конце августа он ворвался на Financial Times со статьей, критикующий индустрию квантовых вычислений, сравнив «фанфары» вокруг этой технологии с раздувающимся финансовым пузырем. Он предупреждает, что люди, особенно в сфере высоких технологий, в последние годы стали чересчур оптимистично смотреть на перспективы квантовых вычислений. И что здесь сейчас куда больше дыма, чем огня.

Как ни странно, квантовые вычисления — уже очень прибыльная индустрия. В последние годы в эту область вливаются миллиарды долларов. Кульминацией, пожалуй, стал дебют на публичном рынке компаний, занимающихся квантовыми вычислениями, таких как Rigetti и D-Wave, а также любимый рыночный феномен 2021 года — IPO через компании по приобретению специального назначения (так называемые СПАКи).

СПАКи нужны компаниям без коммерческой деятельности и создаются строго для привлечения капитала. Таких размещений с каждым годом становится всё больше: если в 2014-м с выходом на биржу через СПАКи было привлечено $1,3 млрд, то в 2021-м — $163 млрд.

Два самых известных IPO такого характера — Virgin Galactic в 2019 году, акции которой сейчас упали до половины цены на момент старта торгов. И компания по производству электрогрузовиков Nikola в 2020-м, которая доросла до капитализации Ford через три дня после выхода, а потом оказалась скамом, созданным мошенником, так что котировки рухнули в десять раз.

Таким же методом, с помощью выхода на биржу через СПАКи, сейчас появилось множество стартапов, занимающихся квантовыми вычислениями. Так они получают доступ к широкому капиталу и массовые инвесторы дают им огромные деньги на разработки. Некоторые стартапы могут похвастаться ошеломляющей оценкой. IonQ, например, в октябре прошлого года была оценена в $2 миллиарда. За 7 лет существования главная разработка компании — её научная публикация об идее ионных квантовых компьютеров и их потенциальных применениях.

Если взять три «квантовых» стартапа, вместе, их рыночная капитализация будет больше $3 миллиардов! Но, по данным Refinitiv, совокупный ожидаемый объем их продаж в этом году составит около $32 млн. И они получат около $150 млн чистых убытков. Потому что никакого продукта, по сути, у них нет. И ещё очень долго не будет, несмотря на хайп, окружающий индустрию.

Акции «квантовых» стартапов делают то же, что и акции большинства других фирм, вышедших на биржу через СПАКи. В среднем -60% за год.

Стартап D-Wave (верхняя, белая линия) вышел на рынок только в августе, но ситуация уже выглядит примерно так же. Компании, обещающей разработку ПО и услуг для квантовых систем, надавали больше $200 млн, оценив её дороже $1,6 млрд. А потом весь интерес пропал.

Как возникают финансовые пузыри? Нужны много инвесторов, которые неоднократно принимают неверные решения, в основном из-за жадности, непонимания индустрии и желания легких денег.

Квантовые вычисления — эталонный пример. Их представляют как многообещающую технологию, которая радикально изменит наши жизни, заменит все персональные компьютеры или по крайней мере выведет нас в какую-то новую эру. Как развитие искусственного интеллекта, или — более наглядно — как криптовалюты, которые должны были перевернуть мир финансов. Не вложить в такое будущее — это просто упустить свою золотую антилопу, бегущую прямо в руки!

При этом большинство инвесторов не понимают, что такое квантовые компьютеры, для чего они будут использоваться, и за счет чего конкретно компании смогут получать деньги.

По словам квантовых евангелистов, нужно только немного подождать, и у нас появится полнофункциональный квантовый компьютер. А потом он начнет делать всё, от революционно быстрой разработки лекарств до взлома всех систем интернет-шифрования.

Но реальность, по словам Никиты Гурьянова, такая, что ни один из этих стартапов — и вообще ни одна фирма, занимающаяся квантовыми вычислениями, если уж на то пошло — не зарабатывает реальных денег. Небольшой доход, который они получают, в основном идёт от выступлений и консультаций, обучающих другие компании тому, «как квантовые компьютеры могут помочь их бизнесу». Продаж чего-то хоть сколько реального, или хотя бы предзаказов на будущие разработки там нет.

Причина этого в том, что, несмотря на многолетние усилия, никто еще даже не приблизился к созданию квантового компьютера, способного решать практические задачи. Да, есть компьютер от Google, есть другие машины, работающие по квантовым принципам. Но они созданы только в качестве реализации концепта. На деле, говорит Гурьянов, нынешние устройства настолько подвержены ошибкам, что любая информация, которую с их помощью пытаются обработать, почти мгновенно превращается в шум. Для обработки масштабов которого потребуется второй квантовый компьютер. Результаты которого тоже нужно как-то проверять… Причем проблема только усугубляется, если попытаться компьютеры масштабировать (то есть увеличить количество кубитов).

Убедительной стратегии преодоления этих ошибок у человечества пока нет. В каком направлении двигаться тоже неясно. Поэтому непонятно, когда станет возможным построить крупномасштабный и отказоустойчивый квантовый компьютер. Если такое возможно вообще.

Еще одна фундаментальная проблема в том, что неясно, какие коммерчески обоснованные проблемы можно решать с помощью квантовых компьютеров. Самым известным их потенциальным применением сегодня является алгоритм Шора, позволяющий быстро разлагать большие числа на составляющие их простые числа. С кубитами то можно будет делать в миллионы раз быстрее, чем на классических компьютерах.

Сейчас большая часть криптографии, в том числе в криптовалютах, в интернет-банкинге и вообще в интернет-трафике, основана на алгоритмах типа RSA, предполагающих высокую сложность факторизации. Появление работающих квантовых компьютеров, способных запускать алгоритм Шора, моментально меняет всю нашу теорию работу с данными. Безопасность информации оказывается под ещё большей угрозой. И для её защиты от квантовых компьютеров — тоже нужны квантовые компьютеры. Начинается новая гонка вооружений!

Алгоритм Шора стал настоящей находкой для квантовой индустрии. Каждой стране и каждой компании, выходит, нужна самая мощная квантовая машина в мире, иначе её данные оказываются уязвимыми перед всеми остальными игроками. Понимание этого привело к десяткам миллиардов инвестиций в кванты со стороны Google, Intel, IBM, Microsoft, правительства ФРГ, США, Китая и многих других.

Но здесь забывается одна деталь. Алгоритм Шора позволяет решать проблему факторизации, и быстро взламывать любые данные, зашифрованные алгоритмами RSA и их производными. Но существует множество других криптографических схем! Сотни из них практически неуязвимы для квантовых компьютеров. И если у кого-то появится такая машина, гораздо дешевле будет вместо разработки собственных кубитов — просто перейти на другой алгоритм шифрования. Да, на это уйдет какое-то время, и удовольствия от такого переформатировании нашей работы с данными мало. Но это будет куда более долгосрочная и дешевая защита, чем новая гонка вооружений. И если все это поймут, по словам Гурьянова, главная на сегодня причина существования квантовых компьютеров — испарится.

Сомнительная долгосрочная жизнеспособность алгоритма Шора — только верхушка айсберга. Среди ученых было много споров о том, в какой сфере квантовые вычисления действительно могут дать хоть какие-нибудь практические преимущества. Например, были большие надежды в плане поиска новых химических формул и разработки лекарств. Но последние исследования показывают, что нет никаких доказательств того, что даже вычисления в квантовой химии можно ускорить с квантовыми компьютерами. Хотя, казалось бы, уж это-то точно должен был быть perfect match.

Если верить евангелистам, мы сейчас находимся в самом центре квантового закона Мура (или «закона Роуза», в честь основателя D-Wave Джорди Роуза). Развитие идёт невероятными темпами! Количество кубитов в квантовых компьютерах удваивается каждые пару лет! Кажется, что происходит аналог революции микрочипов 1970-х — 2010-х годов. И новые Qualcomm, Nvidia и Intel уже не за горами. Инвесторам уже не терпится принести куда-то деньги. Вот только каких-либо реальных применений для всей индустрии по-прежнему нет…

В общем, индустрия квантовых вычислений еще не продемонстрировала никакой практической пользы. Почему тогда в неё течет столько денег? Ну, это в основном из-за фанфар и шумихи. Каждая новая технология приковывает к себе внимание общества. Мы научены интернетом, смартфонами, а до этого — компьютерами, телевизорами, телефонами, телеграфом. Если на горизонте есть что-то новое и непонятное — скорее всего, скоро оно изменит нашу жизнь.

Настоящее волнение вокруг кубитов началось в 90-е годы, когда произошел ряд новаторских прорывов, которые ознаменовали рождение квантовых технологий как академической отрасли. По мере того, как достигался всё больший прогресс, волнение росло, и в конечном итоге вышло далеко за пределы научного сообщества. О том, что квантовые компьютеры теоретически возможны, и ряде их потенциальных применений узнали почти все.

К 2010-м годам капитал для стартапов стал дешевым, и инвесторы обратили внимание на новую потенциальную индустрию. Понимание технологии у них было на уровне «кубит может быть одновременно и нулем, и единицей». Но по мере того, как поступало все больше денег, поле расширялось, и у ученых появлялось всё больше соблазна преувеличивать свои результаты. Со временем на руководящие должности даже в исследовательских компаниях вышли продажники и маркетологи, обычно не разбирающиеся в квантовой физике, но умеющие хорошо повышать привлекательность своих компаний. После этого сильно преувеличенное представление о перспективах квантовых вычислений достигло мейнстрима. Что и привело к образованию классического пузыря.

Взгляды ученых из 90-х до сих пор (в основном) пользуются уважением в обществе, проверка новых теорий идёт медленно, а государственные организации, финансирующие часть проектов, двигаются ещё медленнее. Даже если какие-то исследователи, идущие в авангарде индустрии, уже понимают, что игра не стоит свеч, им невыгодно это кому-то доказывать, разрушая свою карьеру и шансы на финансирование.

Некоторые из них считают, что здесь нет никакой проблемы: почему бы не воспользоваться ситуацией, пока она существует, и не собрать легких денег у не слишком искушенных инвесторов? В конце концов, получать зарплату как в стартапах, при этом занимаясь в основном академическими исследованиями, — довольно хорошая сделка.

Когда именно пузырь лопнет, сказать сложно, но в какой-то момент правда выяснится, и финансирование иссякнет. Никита Гурьянов надеется, что когда музыка остановится и пузырь лопнет, публика не разочаруется в науке и все равно будет слушать ученых, пусть и не так рьяно, как раньше.

Похожее мнение чуть раньше высказывал известный квантовый исследователь из Университета Мэриленда Санкар Дас Сарма в публикации для MIT Tech Review. Он предупреждал, что сфера квантовых вычислений сейчас генерирует множество привлекающих внимание заголовков о «новых компьютерах», надвигающемся «квантовом апокалипсисе», «квантовом превосходстве» и так далее. Результат — бесконечные новые инвестиции в предприятия, которые обещают, наконец, раскрыть коммерческие возможности технологии. Но пока реальных применений у этой технологии нет.

Ученый пишет, что исследования идут, они очень интересны, и в конечном итоге могут привести к экстраординарным прорывам. Но пока все идёт медленно, и в ближайшие десятилетия мы вряд ли увидим что-то, что реально изменит мир.

Дас Сарма пишет:

Проблема, согласно анализу Даса Сармы, состоит в том, что, хотя технология кажется физически возможной, на самом деле придать ей какого-то масштаба оказалось чрезвычайно сложно. Например, в его эссе говорится о том, что самые сложные современные квантовые компьютеры имеют десятки кубитов, причем все они декогерентны, подвержены шуму. В то же время создание квантового компьютера, способного взламывать RSA-коды, потребует многих миллионов, если не миллиардов таких компонентов. Несколько десятков тысяч из них будут использоваться для самих вычислений — это так называемые логические кубиты. Всё остальное потребуется для поиска и исправления ошибок, то есть компенсации декогеренции.

Другими словами, квантовые вычисления вполне могут появиться. Но до них ещё очень далеко, а возможность как-то получать с их помощью прибыль не доказана. Современные стартапы, обещающие как-то зарабатывать деньги, реализуя эти технологии — откровенно обманывают своих инвесторов, или по крайней мере не говорят им всей правды.