Российские специалисты вошли в число мировых лидеров в области квантовых компьютеров и начали прорабатывать конкретные индустриальные применения технологий квантовых вычислений. Об этом шла речь на состоявшейся в Москве VIII международной конференции по квантовым технологиям ICQT-2025. О том, как определить, победил ли наконец квантовый вычислитель традиционные суперкомпьютеры и когда такое превосходство может быть достигнуто, в интервью РИА Новости рассказал сооснователь Российского квантового центра, советник генерального директора госкорпорации "Росатом" Руслан Юнусов. Беседовал Владимир Сычев.
–За последнее время, в том числе в этом году, доводилось уже неоднократно слышать о прорывах в области квантовых вычислений, которые декларируют ведущие разработчики в этой сфере. Но под прорывами они подразумевают самые разные вещи – где-то наращивание мощности квантовых вычислителей, где-то новую архитектуру. Что, на ваш взгляд, является сейчас основными трендами в области квантовых вычислений?
–Действительно, под прорывами теперь разные игроки в этой области подразумевают разные вещи. Если раньше под словом "прорыв" все имели в виду больше кубитов, то ключевой прорыв последнего года, на мой взгляд, – это продемонстрированная компанией Google так называемая постобработка своих сверхпроводниковых кубитов.
Почему это очень важно? Несколько лет назад разработчики преодолели барьер мощности квантовых вычислителей в 50 кубитов. Вроде бы суперрезультат, вроде бы открыта возможность решать задачи, которые не может решить классический суперкомпьютер. Но не все так просто. Качество операций, выполняемых квантовыми вычислителями, не росло. Хотя мы видели прогресс компании IBM и других игроков, которые показали 400 кубитов и больше, но они не работали как процессоры из 400 элементов, потому что, повторю, качество операций было низким, и максимальная производительность квантовых вычислителей оставалась на уровне 100 кубитов, как ни странно. Инженерная проблема состояла в том, что не удавалось сделать кубиты одинаково хорошего качества, как, например, транзисторы для обычных процессоров, которые в громадном количестве размещаются на одном чипе, будучи похожими друг на друга.
Технологический прорыв Googleпроизошел за счет интересного подхода: "Не получилось в очередной раз сделать одинаковые кубиты? Ну и бог с ним, доработаем то, что сделано". Они "отшлифовали" уже сделанные сверхпроводниковые кубиты с помощью лазера.
– Как напильником?
– Да-да, именно такой подход, такой лазерный "напильник". Вместо того, чтобы изначально пытаться сделать все ровно, они берутся "допиливать" имеющиеся кубиты. И это дало следующий шаг в точности работы квантовых вычислителей. Это тот долгожданный прорыв, который возвращает сверхпроводники в гонку за первое место. Если в ближайшие годы эта технология усовершенствуется, можно будет делать тысячи, десятки тысяч кубитов с высоким качеством.
Если говорить о других платформах, то за последнее время мы увидели повышение качества работы квантовых вычислителей на ионной платформе. В этой области уже идет переход к двухмерным ловушкам, с помощью которых ионы можно будет перемещать. А перемещение ионов для этой платформы означает кластерные вычисления.
Поэтому, я думаю, повышение качества операций – это один из важнейших трендов последнего года, благодаря которому и дальше будет расти производительность квантовых компьютеров. В ближайшие три года, возможно, мы здесь увидим что-то очень интересное.
Что касается других потенциально прорывных технологий – на подходе сейчас использование специальных вычислителей, заточенных под решение одной задачи – так называемых квантовых симуляторов. По моим ощущениям, в самые ближайшие годы могут появиться симуляторы, например, на фотонах, которые наконец-то действительно покажут квантовое превосходство на конкретных задачах. То есть появится возможность выбирать тип вычислителя – или универсальный компьютер, или вычислитель под специальную задачу. Это, конечно, радует.
–Вправе ли мы говорить о том, что пополняется портфель задач, которые должны быть решены квантовыми вычислителями? Мы знаем, что "Росатом" недавно представил свой проект по применению квантовых числителей. Какие кейсы сейчас можно считать состоявшимися?
– Здесь сразу важно отметить, что на сегодня никто – ни в России, ни в мире, не показал квантовое превосходство на полезной задаче. Что это значит? Квантовый компьютер ни на одной полезной задаче пока не победил суперкомпьютер. Этот момент еще не наступил.
–Что в таком случае считать полезной задачей?
– На мой взгляд, ответ очевиден. Для экономики полезная задача – это задача, за решение которой кто-то готов платить или на нем зарабатывать. Например, если кто-то с помощью квантовых вычислений оптимизирует логистику на своем складе и сократит расходы или, например, сможет тратить меньше времени на перевозку грузов. Любое подобное оптимизирующее действие приносит экономический эффект. Это и значит, что задача полезная. Да, вам могут сказать: "Я решаю на квантовом компьютере полезную задачу оптимизации. Я могу оптимизировать доставку трех посылок". Полезная задача? Формально – да, но ее можно решить не то, что на калькуляторе, но и в уме. В этом случае квантовое превосходство не достигается. Полезная задача должна лучше решаться на квантовых компьютерах, чем на обычных компьютерах или на суперкомпьютерах.
–Сейчас все чаще и чаще доводится слышать экспертные мнения о том, что передовые технологии развиваются лишь потому, что стимулируют другие технологии или, наоборот, подпитываются за счет других технологий. То есть развиваются в определенном контексте, не в вакууме. Применимы ли такие рассуждения к квантовым вычислениям?
– Да, квантовые технологии тоже не в безвоздушном пространстве развиваются, они стимулируются параллельными технологиями. Например, люди научились делать лазеры с очень высокой точностью и минимальными шумами. Это привело к тому, что квантовые устройства стали лучше работать. Это зависимость от прогресса в лазерных технологиях. Обратная технологическая связь пусть и менее очевидна, но тоже существует. Например, имея компетенции в производстве каких-то квантовых платформ, вы можете использовать эти компетенции в других областях. Так, мы разрабатывали систему управления квантовым компьютером на ионах, но эту систему управления можно использовать и в ЖКХ, и в промышленности, и в других областях, потому что автоматизация управления – достаточно стандартная задача. И тут только вопрос в том, лучше ли ты решаешь эту задачу, чем предыдущий покоритель. При этом решение может быть само по себе не квантовым, то есть можно классическим способом управлять квантовым компьютером, и этот классический способ может быть применен в других областях. В этом смысле технологическая связь, конечно, существует.
–А в чем заключается необходимость создания квантовых вычислителей на разных платформах? Почему не ограничиться двумя-тремя?
– Хороший вопрос. Дело вот в чем. Как ни странно, мы сейчас не можем сказать, какая платформа окажется эффективнее других в решении конкретных задач разного типа. Может оказаться, что одна платформа позволит лучше решать задачи оптимизации, другая покажет преимущество при разработке новых лекарственных молекул, а третья превзойдет всех в области криптографии.
Но интересно еще и вот что. Многие думают, что чем больше мощность квантового вычислителя, чем больше кубитов собрано вместе, тем лучше будут решаться задачи. Применительно к классическому процессору, допустим, с десятью миллиардами транзисторов на чипе, такие рассуждения применимы. Транзисторы понятным образом соединены и понятным образом работают вместе.
Но вопрос о мощности работающих квантовых процессоров не имеет однозначного ответа. Здесь очень важна связанность кубитов между собой – как, образно говоря, связываются нейроны в головном мозге. Может получиться, что одну задачу на одной платформе можно будет хорошо решать, благодаря высокой степени связанности кубитов, а для другой задачи такая же степень связанности не понадобится. Возможно, даже мощные квантовые вычислители будут лучше всего работать, не используя все кубиты, как бы парадоксально это ни звучало. Надо будет понять, что, как и для решения каких задач можно "выцепить" из того или иного количества кубитов, той или иной платформы.
При этом надо учитывать, что хороший алгоритм может нивелировать отставание в "железе" в десять и более раз, а в квантовой области и того больше. Например, для ионного компьютера придумали алгоритм лучше, чем для сверхпроводникового. И даже если бы сверхпроводниковый вычислитель изначально был лучше, был "допилен" лазерным "напильником", о чем мы говорили в самом начале, то на конкретной задаче верх может взять ионный вычислитель. То есть не менее важная задача – сделать хороший софт. Софт, да. Под словом софт я имею в виду и алгоритмы.
Я все это рассказываю, чтобы показать, что в мире технологий, а особенно квантовых технологий, нет однозначных ответов. Но прогресс в области квантовых вычислений, бесспорно, есть, и, повторю, мы приближаемся к тому дню, когда квантовый вычислитель решит по-настоящему полезную задачу и покажет свою реальную силу.
