Последние годы стали переломными в мире квантовых технологий. Сделав первые шаги в области индустриальных применений, они перестали быть лабораторной игрушкой, интересной лишь ученым.
Сейчас основные потребители на рынке квантовых вычислений — здравоохранение, банковский и финансовый сектор, производство, автомобильная и химическая промышленность. Глобальный рынок таких технологий небольшой, но хорошо развивающийся: по разным оценкам, в ближайшие 10 лет ожидается совокупный среднегодовой темп роста до 34%. По данным McKinsey, к 2035-му мировой рынок квантовых технологий составит от $28 до $72 млрд, квантовых коммуникаций — от $11 до $15 млрд, квантовых детекторов — от $0,5 до $2,7 млрд. Предполагается, что российский рынок может занять до 6% от глобального.
Мы находимся сейчас на этапе так называемых NISQ-устройств (Noisy intermediate-scale quantum — шумные квантовые устройства, порядка нескольких сотен кубитов), уже решены некоторые задачи квантовой химии, выполнены пилотные алгоритмы, сделаны первые шаги в квантово-классическом машинном обучении и решены проблемы оптимизации.
Многокубитные квантовые компьютеры созданы во многих странах на основе разных физических носителей. На сегодняшний день в России созданы 60-кубитный компьютер на основе фотонных чипов, 50-кубитный квантовый процессор на ионах, 50-кубитный на нейтральных атомах, 16-кубитный сверхпроводниковый универсальный квантовый процессор и 16-кубитный сверхпроводниковый квантовый симулятор. Только две страны кроме России развивают все эти платформы, это США и Китай. То, что мы входим в тройку мировых лидеров, — колоссальное конкурентное преимущество, ведь пока нельзя говорить об однозначном доминировании одной из физических платформ для квантовых вычислений.
Ряд процессоров и в мире, и у нас уже применяют для практических расчетов. Предоставлен облачный доступ к расчетам на таких компьютерах, и уже можно попробовать свои силы в написании программ. В нескольких странах, включая Россию, созданы сети из квантовых линий связи. Они помогают защищать передаваемую информацию на уровне законов физики и не поддаются перехвату и расшифровке злоумышленниками. Они находят реальное применение в государственных и банковских структурах. В России на данный момент созданы и работают в тестовом режиме протяженные квантовые сети. В планах протянуть эти линии на расстояния свыше 10 000 км.
Если делать прогноз на ближайшие 10 лет, то наибольшую пользу квантовые вычисления продолжат приносить финансовому сектору (например, оптимизация финансовых портфелей), здравоохранению (анализ снимков или фармакологические исследования), энергетике и ЖКХ (например, решение задач оптимизации выработки и распределения электроэнергии), автомобилестроению (оптимизация производственных процессов и логистики).
Квантовая сенсорика уже востребована и станет еще более популярной. Например, в калибровке стандартов для новых технологий связи и повышения точности геолокации, в медицине при сканировании мозга и отслеживании метаболических процессов в реальном времени. Она востребована и для наблюдений за окружающей средой при прогнозировании извержений вулканов и землетрясений.
Разработки в области квантовой коммуникации лягут в основу не только модульной архитектуры процессоров следующих поколений, но и будут востребованы в области киберзащиты от злоумышленников, так называемая постквантовая криптогрфия.
Автор — директор дизайн-центра квантового проектирования НИТУ МИСИС
Позиция редакции может не совпадать с мнением автора
