Існує давно відоме прислів’я серед технологічних журналістів: можна або точно пояснити квантову механіку, або зробити її зрозумілою для широкої аудиторії, але обидва варіанти одночасно втілити складно. Це пов’язано з тим, що квантова механіка — це дивна і частково теоретична галузь фізики, складна для сприйняття.
Вона описує поведінку субатомних частинок у незвичних формах, що відкриває перспективи цілком нового рівня наукової потужності. Саме ця неймовірна складність, найімовірніше, вплинула на те, що квантова технологія поки що отримала менше публічної уваги, ніж теперішній технологічний лідер — штучний інтелект (ШІ). Це стається, незважаючи на численні гучні квантові анонси від таких гігантів, як Microsoft, Google та інших.
У загальному розумінні квантові технології асоціюються, здебільшого, з апаратним забезпеченням — сенсорами та комп’ютерами, тоді як штучний інтелект — це, перш за все, програмне забезпечення, котре потребує відповідного апаратного забезпечення для роботи.
Поєднання цих двох напрямів потенційно може призвести до появи нової технології, потужності якої не існувало раніше. Проте слово «потенційно» є ключовим, застерігає Браян Гопкінс, віцепрезидент і основний аналітик з питань інноваційних технологій у дослідницькій компанії Forrester:
– Потенціал є, проте остаточного вердикту ще немає.
– Початкові дослідження видаються обнадійливими, але всі вони свідчать, що для ефективного застосування квантових ефектів у ШІ потрібні значно потужніші квантові комп’ютери та подальші інноваційні дослідження.
Щодо економічної вартості, обидва напрямки є надзвичайно прибутковими:
1. За прогнозами аналітиків McKinsey, квантова індустрія може досягти оцінки в 97 мільярдів доларів (74 мільярди фунтів) вже до 2025 року.
2. У той же час вартість ринку штучного інтелекту прогнозують у трильйони доларів.
Однак обидві сфери стоять перед ризиком завищених очікувань і можливих “бульбашок”. «Раніше мені здавалося, що квантові обчислення — найбільш розкручена технологія, поки не з’явився ажіотаж навколо ШІ», — жартує Браян Гопкінс. У середині жовтня аналітики попередили, що деякі ключові квантові акції можуть впасти до 62%, а тривоги щодо бульбашки ШІ лише зростають.
Ще одна спільна риса квантових технологій та ШІ — це помилки. Якщо ми вже досить добре ознайомились із “галюцинаціями” генеративних ШІ-інструментів, то квантові системи страждають від інших типів похибок. Це пояснюється тим, що для роботи квантових частинок потрібен надзвичайно стабільний стан, який легко порушується навіть найменшими змінами навколишнього середовища, зокрема світлом і шумом. Підтримувати такі умови вкрай складно. Цього тижня Ілон Маск запропонував ідею, що квантові комп’ютери найкраще працюватимуть у “постійно затемнених кратерах на Місяці”.
Квантові комп’ютери не мають класичної форми та існують у вигляді великих, часто складних у вигляді, конструкцій, які розміщені у наукових лабораторіях. Найпоширенішою формою є конструкції, натхненні формою медузи. Для своєї роботи вони потребують наднизьких температур та лазерних технологій. Такі машини навряд чи коли-небудь будуть домашніми приладами або кишеньковими гаджетами.
Ці системи мають й певний “блиск”: вчені виявили, що використання синтетичних алмазів для створення кубітів — фундаментальних елементів квантових комп’ютерів, дозволяє їм працювати при температурах, наближених до кімнатної. Компанія De Beers, відомий ювелір, має дочірнє підприємство Element 6, яке, за їхніми словами, у 2020 році запустило перший у світі алмаз, придатний для загального квантового застосування. Вони також співпрацювали з Amazon Web Services для оптимізації штучних алмазів під майбутні мережі квантових комп’ютерів.
Наразі ці машини перебувають на ранніх стадіях розвитку. Вважається, що у світі існує близько 200 квантових комп’ютерів (при цьому Китай не розкриває офіційних даних щодо своєї кількості). Однак це не заважає експертам робити сміливі прогнози щодо їх перспектив.
За словами Раджиба Хазри, керівника фірми Quantinuum, нещодавно оціненої у 10 мільярдів доларів, вплив квантових обчислень відчує кожен у повсякденному житті. Він зазначив у подкасті BBC Tech Life:
– Область квантових технологій, за моїми оцінками, за масштабом застосувань, не менша, а можливо й більша за штучний інтелект.
Професор сер Пітер Найт, один з провідних британських квантових спеціалістів, так описав потенціал квантових комп’ютерів у бесіді з доктором Джимом Аль-Халілі для BBC Radio 4:
– Задачі, що на звичайному суперкомп’ютері вимагали б часу, порівнянного з віком Всесвіту, квантові комп’ютери можуть розв’язувати за секунди.
Так що ж саме ці величезні машини можуть робити, коли вони стануть повноцінними? Як і у випадку з ШІ, велика частина квантових досліджень спрямована на покращення систем охорони здоров’я. Квантові комп’ютери потенційно зможуть ефективно опрацьовувати мільйони молекулярних комбінацій для розробки нових лікарських препаратів, процес, який зараз за допомогою класичних комп’ютерів займає роки.
Для розуміння масштабу: у грудні 2024 року Google представила новий квантовий чіп Willow, який, за їх твердженням, за п’ять хвилин зможе розв’язати проблему, вирішення якої на найшвидшому суперкомп’ютері світу зайняло б 10 септілійонів років (10 000 000 000 000 000 000 000 000 років).
Хазра вважає, що це може відкрити шлях до персоналізованих ліків, коли замість загальних рецептів пацієнти отримуватимуть препарати, спеціально розроблені для їхнього організму і найбільш ефективні саме для них.
Це стосується не лише медицини, а й ширших хімічних процесів, наприклад, нових методів виробництва добрив із вищою ефективністю, що може стати величезною підтримкою для сільського господарства в усьому світі.
Квантові сенсори, що використовують принципи квантової механіки для надточних вимірювань, уже існують і застосовуються у атомних годинах. У 2019 році вчені з Університету Ноттінгема впровадили такі сенсори у прототип розміром із велошолом і використали їх для нового методу неінвазивного сканування мозку у дітей із епілепсією та іншими станами.
За словами дослідника Раяна Хілла:
– Основи когнітивних функцій формуються у перші десятиліття життя, проте завжди було обмежено можливості досліджень через технічні обмеження сканерів мозку.
– Особливу проблему становить рух пацієнтів, адже великі традиційні сканери вимагали нерухомості, що не дає можливості отримати точну картину мозкової діяльності у природних умовах.
– Це також обмежувало кількість пацієнтів, яких можна було обстежити, серед них діти — найбільша проблема.
Минулого року вчені з Імперського коледжу Лондона протестували альтернативу навігації GPS — «квантовий компас» — у лондонському метро. У той час як GPS-сигнали не працюють під землею, квантовий компас може точно визначати положення об’єктів як над землею, так і під землею, позбавлений недоліків традиційної системи, таких як блокування сигналу, глушіння або вплив погоди.
Директор Національного центру квантових обчислень Великої Британії, доктор Майкл Катберт, пояснює:
– Економіка Великої Британії щодня залежить від GPS приблизно на мільярд фунтів. Стратегічно важливими є позиціювання, навігація й час, особливо для оборонних завдань.
– Усі фінансові операції потребують точного часової позначки для автентифікації.
– Використання квантових годинників, гіроскопів і магнітометрів допомагає створити стійкість до глушіння і підробок систем навігації.
Національна енергетична мережа також інвестує в квантові дослідження для покращення керування навантаженням — процесу, який дозволяє оптимізувати роботу тисяч генераторів із різних джерел енергії в режимі реального часу, щоб уникнути відключень електропостачання.
Компанія Airbus спільно з британським квантовим стартапом IonQ випробували квантові алгоритми для більш ефективного завантаження вантажу на літаки. Невеликий зсув центру ваги літака може призвести до значного збільшення витрати пального.
Щодо безпеки, існує значне занепокоєння з приводу того, що сучасні методи шифрування — основний засіб захисту персональних даних і державних таємниць — у майбутньому можуть бути зламані квантовими комп’ютерами, які зможуть за рекордний час перевірити всі можливі комбінації й розшифрувати інформацію.
Відомо, що держави вже ведуть крадіжки зашифрованих даних, розраховуючи розшифрувати їх у майбутньому, коли матимуть достатньо потужні квантові комп’ютери. Цей процес називають «збір зараз, дешифрування пізніше», як зазначає професор Алан Вудвард, експерт із кібербезпеки Університету Суррея.
Він додає:
– Теоретично методи злому сучасного громадського ключа шифрування існують та чекають на появу повнофункціонального квантового комп’ютера.
– Загроза настільки велика, що вже прийнято думку, що всім необхідно впроваджувати шифрування, стійке до квантових атак.
Момент появи такого комп’ютера іноді називають Q-днем. Оцінки щодо того, коли це станеться, різняться, але Браян Гопкінс з Forrester припускає, що він може настати близько 2030 року.
Вже зараз такі компанії, як Apple, і платформа безпечного обміну повідомленнями Signal, впровадили, за їхніми словами, квантово-стійкі ключі шифрування. Однак вони не можуть бути застосовані до вже зашифрованих даних старим методом.
Це вже створює проблему, оскільки у жовтні Деніел Шіу, колишній керівник криптографічного відділу британського розвідувального агентства GCHQ, заявив Sunday Times, що існує «реальна ймовірність, що майже всі громадяни Великої Британії мають дані, скомпрометовані у державних кібератаках, які були скоординовані Китаєм та накопичуються для подальшого дешифрування і аналізу».
