Квантовые компьютеры. Очень просто об очень сложном

Загадочная технология Quantum Computers (КК) начинает мелькать в новостях все чаще. Но для большинства это остается тайной, покрытой мраком непреодолимого для понимания барьера квантовой физики.

Статья — моя попытка, как инвестора в стартапы, заглянуть в технологию будущего до того, как это станет мейнстримом. Математиков, физиков и изобретателей прошу не судить меня строго.

В 1981 году американский физик Richard Feynman, нобелевский лауреат 1965 года, заявил, что квантовая механика сделает революцию в компьютерах, тем самым предсказав появление квантовых компьютеров (КК)

В 1994 году американский математик Shor из Massachusetts Institute of Technology придумал первый квантовый алгоритм, который дал разительное превосходство полиномиальных алгоритмов над экспоненциальными при нахождении факторов целых чисел. Это был исторический момент, который спровоцировал математический ренессанс, квантовые алгоритмы стали появляться один за одним, предлагая принципиально новые подходы к решению задач, которые ставят современные компьютеры тупик и всегда были в списке трудно решаемых математических задач

В современных компьютерах при решении многих задач сложность вычислений растет экспоненциально при линейном увеличении порядков чисел, что делает невозможным эффективное описание многих физических процессов. В квантовых системах же зависимость обратная, что позволяет им щелкать как орешки задачи с большими числами. Симуляция квантовых алгоритмов возможна на современных суперкомпьютерах, однако максимум удается виртуализировать только систему из 50 кубитов (Qubits), а для запуска супер алгоритмов нужно как минимум МИЛЛИОН кубитов

Применение этих новых супер алгоритмов возможно только на КК, что запустило процесс глубокой научной разработки методов конструирования КК. Сейчас существует несколько потенциально рабочих моделей, все они основаны на физике элементарных частиц и явлений, что выходит за рамки возможности понимания неспециалистов. Главные направления разработки — использование фотонов (частиц света), суперпроводников (транзисторный метод), адиабатических волн (стремление физических систем к покою), и контролируемые ионов.

Если абстрагироваться на уровень выше, то принципиальное отличие КК от современных компьютеров в том, что вместо логического двоичного элемента — Бита, используется Кубит, который может иметь любое значение между 0 и 1

В 2019г Google сделал громкое заявление о практически подтвержденном превосходстве КК. Их 53 кубитная машина Sycamore смогла решить за 200 секунд задачу, которая на современных суперкомпьютерах заняла бы 10 тыс лет.

2021г стал прорывным для КК. Появились рабочие прототипы до 127 кубит (IBM), которые показали, что теория была верна и КК неминуемо (когда-то в будущем) сделают вычислительную революцию. На некоторых функциях КК уже могут показывать превосходство над современными суперкомпьютерами в ТРИЛЛИОН ТРИЛЛИОНОВ РАЗ. Число новых стартапов в области КК, патентов и финансирование (государственное и венчурное) начали расти экспоненциально.

Главными источниками финансирования КК на данный момент остаются государства. Это нормальное явление для deep-tech технологий, в которые пока не готовы массово входить частные капиталы. Интернет, беспилотные авто и космос тоже начинались как правительственные проекты за десятилетия до их коммерческого применения.

Однако, 2021 год стал переломным в плане финансирования КК. За последний год было вложено $1 млрд венчурных денег, что в 3 раза больше, чем за 3 предыдущих года вместе взятых. Эти цифры, кончено пока ничтожно малы. К примеру, за 2021г только в доставку еды самокатами по всей планете было инвестировано в десятки раз больше. Но прогресс не остановить, разработки КК вплотную подошли к границе, где их практическое применение уже находится в обозримом будущем.

КК трансформируют человечество и дадут колоссальные прорывы во всех областях. Но это не в ближайшее время. До первых практических применений еще как минимум 3-5 лет, а до настоящего квантового превосходства (Quantum Supremacy) — около 10 лет. Вот только вершина айсберга научных прорывов, который таит в себе изобретение КК:

Главная проблема масштабирования КК в том, что физически эти системы настолько малы, что на их состояние может влиять любое внешнее воздействие, будь то тепло, электромагнитное излучение, радиация, космические лучи, внешние элементарные частицы. Чип, где происходит все волшебство, имеет площадь несколько квадратных сантиметров. А все остальное нагромождение оборудования вокруг — это защита от шума и контроллеры стабильности и управления.

На данный момент активно развиваются облачные квантовые сервисы (IBM, Google, Microsoft, Amazon, Alibaba), которые дают возможность исследователям прикоснуться к КК

Локомотивом венчурного инвестирования в 2021г стал калифорнийский стартап PsiQuantum, который привлек рекордные $450 млн на разработку фотонного КК. Также отличился канадский Xanadu (фотонный КК), калифорнийский Rigetti (разработка софта для КК), американский IonQ (ионный КК), израильский Quantum Machines (оборудование для КК)

Выгодно ли сейчас инвестировать в КК стартапы? Если поверить в неотвратимость квантовой революции в ближайшие 5-10 лет — то ответ однозначно ДА. Это как делать ставку на электромобили 10 лет назад, когда идея казалась интересной, но немного утопичной. Или ставку на развитие интернета 25 лет назад, когда мало кто понимал для чего может пригодиться объединение компьютеров в глобальную сеть. Или ставку на персональные компьютеры 35 лет назад, когда идея иметь компьютер в каждом доме казалась наивной и бессмысленной.

https://t.me/iposharks