Квантовый интеллект

Фото пресс-службы Сбера

Квантовое превосходство ИИ

Искусственный интеллект, безусловно, стал прорывом десятилетия. Визионеры называют его «новым электричеством» и предсказывают, что технологическая сингулярность наступит раньше, чем предполагалось. Но что, если ИИ – это не вершина? Что, если нас ждет еще больший прорыв, когда мы перейдем от полупроводниковых компьютеров к машинам, которые используют квантовые свойства атомов и фотонов? Настоящая научно-техническая революция в создании умных машин произойдет не столько в области ИИ, но в связке методов машинного обучения и квантовых компьютеров.

Это объясняет то, что все ведущие страны делают ставку на квантовые технологии. Понимая прорывной потенциал этого направления, включают их в национальные программы и выделяют все большие бюджеты. В 2022 году, по данным «Quantum Technology Monitor» McKinsey & Company, США инвестировали в кванты дополнительно 1,8 млрд долл., а общий объем вложений за все время составил 3,7 млрд долл. Европейский союз дополнительно выделил 1,2 млрд долл., повысив общее финансирование до 8,4 млрд долл., Канада – 100 млн и 1,1 млрд долл. соответственно. Китайцы тоже понимают важность этого направления, но действуют по-другому, удерживая лидерство по общему объему финансирования государственных научных программ – общий объем финансов, выделяемых на квантовые вычисления Пекином составляет 15,3 млрд долл., отмечается в том же отчете McKinsey.

Какой путь к квантовому превосходству станет короче – частные инвестиции или государственные программы? Покажет время, а пока отметим достижения разных моделей поддержки квантовых технологий. Например, Китай делает ставку на академические исследовательские организации. Китайские ученые за последние три года значительно продвинулись в развитии разных технологических платформ для создания квантовых компьютеров. В 2020 году ими был создан первый в мире фотонный квантовый компьютер Jiuzhang с 76 квантовыми состояниями. В 2021 году – квантовый компьютер на 56 кубитов на сверхпроводниках Zuchongzhi, который вслед за Google Sycamore продемонстрировал квантовое превосходство, то есть решил задачу, которая недоступна самому сильному традиционному компьютеру. В конце мая 2023 года Китайская академия наук представила сверхпроводниковый квантовый процессор Zuchongzhi-2, который работает со 176 кубитами.

Приоритетом на национальном уровне кванты являются и для Японии, госинвестиции которой в это направление оцениваются, по данным «Quantum Technology Monitor» McKinsey & Company, в 1,8 млрд долл. Здесь разработки в сфере квантов развиваются корпорациями в тесной связке с научными институтами. Так, Fujitsu и Институт физико-химических исследований RIKEN в марте 2023 года представили 64-кубитный компьютер собственной разработки с облачным доступом. Желающих воспользоваться новой услугой оказалось так много, что пришлось вводить очередь. В этом году Токийский университет получает в распоряжение 127-кубитную систему IBM Q System One и доступ к 72-кубитному процессору Google Sycamore. В целом на долю японских исследователей приходится примерно 14% всех выданных в мире патентов, связанных с квантовыми технологиями, свидетельствуют данные McKinsey.

В ЕС экосистема развивается в значительной степени усилиями исследовательских организаций и, что важно, в максимальной кооперации. В прошлом месяце, в частности, Европейская организация по высокопроизводительным вычислениям объявила о подписании шести соглашений о размещении будущих европейских квантовых компьютеров в суперкомпьютерных центрах Италии, Польши, Испании, Франции, Германии и Чехии. Ожидается, что квантовые компьютеры заработают уже к 2025 году. Будущая сеть позволит выполнять задачи, неподъемные не только для классического, но и для одиночного квантового компьютера. Среди них – управление возобновляемыми источниками энергии, моделирование организма человека для проведения испытаний лекарств или химических реакций для разработки новых материалов.

Главная особенность США в том, что квантовые вычисления развиваются здесь в первую очередь силами частных компаний. И практически все эти корпорации – лидеры и в сфере цифровых технологий. Это IBM, Microsoft, Google, Intel и Amazon. Например, IBM имеет программу собственных технологических инвестиций общим объемом 20 млрд долл., сфокусированную на развитии трех направлений: ИИ, полупроводников и квантовых вычислений. В 2023 году компания планирует создать квантовый процессор Condor на 1121 кубит, выпустить первый квантовый компьютер с модульной архитектурой IBM Quantum System Two, запустить параллельные квантовые вычисления на нескольких процессорах, связанные единой контролирующей системой. Google в этом году планирует показать свое устройство на 1000 кубитов.

Цель разработать полный стек технологий для квантовых вычислений поставил перед собой Intel. Одно из преимуществ корпорации – квантовые чипы на спиновых кубитах, производимые при помощи технологий для выпуска классических полупроводниковых транзисторов. В июне 2023 года компания начала выпуск чипа Tunnel Falls на 12 кубит, и намерена поставлять их Лаборатории физических наук и исследовательскому сообществу LPS Qubit Collaboratory через программу Qubits for Computing Foundry, действующую под эгидой Научно-исследовательского управления сухопутных войск США.

Россия в «квантовой гонке»

Если в США квантовые вычисления развиваются за счет бизнеса, Япония экспериментирует с кооперацией науки и бизнеса, Европа делает ставку на сотрудничество научно-исследовательских центров, Китай – на государственную академию наук, то Россия – на государственные корпорации и компании с госучастием.

Системный подход к развитию квантовых технологий в России появился в 2014 году. Тогда квантовые технологии были разделены на несколько областей – квантовые вычисления, коммуникации и сенсоры, и началось формирование дорожных карт их развития. Сегодня в нашей стране наилучшие результаты в области квантовых технологий – это экспериментальные образцы квантовых процессоров на 4-16 кубит в зависимости от технологической платформы. На горизонте 2030 года их «производительность» должна вырасти до 50-100 кубитов.

Ведущие российские компании в таких отраслях, как добывающая, химическая промышленность и финансы уже инвестируют в развитие квантовых систем. Но главное наше преимущество состоит в использовании уже имеющихся заделов и наработок в областях машинного обучения. Революция в этой области только началась прямо сейчас. Но только квантовые компьютеры общего назначения смогут обеспечить такую скорость вычислений при радикальном снижении затрат, что откроет абсолютно новые возможности для разработки алгоритмов сильного искусственного интеллекта. Упрощая, но заостряя, можно сказать, что если сильный ИИ будет когда-либо создан, то он будет создан именно на квантовых вычислителях.

Для всех российских ИИ-компаний важно включаться в квантовую работу – совместные поиски задач, которые обеспечивают практически полезное квантовое превосходство. То есть, во-первых, выполняются быстрее на квантовых компьютерах, чем на традиционных. И во-вторых, имеют экономический эффект, создающий конкурентное преимущество. Если не заниматься этой работой, то мы рискуем пропустить тот самый момент «полезного квантового преимущества», нового дисрапта, который изменит устоявшиеся бизнес-модели, бизнес-процессы, а также откроет новые перспективные рынки.