Следующее поколение вычислительных технологий
Появление квантовых вычислений представляет собой следующую крупную технологическую трансформацию, которая приведет к всеобъемлющим экономическим и социальным изменениям. Вот краткое описание того, что ожидается от этой технологии.
Квантово-компьютерные вычисления обладают потенциалом для решения задач, которые в разы сложнее тех, которые могут быть решены с помощью классических вычислений.
Квантовый компьютер на 1000 кубит (который, как прогнозируется, появится через 2-3 года) сможет одновременно работать с 10³⁰¹ (то есть 1 с 301 нулём) разными так называемыми «состояниями информации».
«Состояние» в данном контексте означает одно из возможных решений заданной задачи. Большинство возможных решений окажутся ошибочными, поэтому чем больше состояний мы изучим, тем выше наши шансы найти лучшее решение.
Квантовые отжигатели специализируются для задач оптимизации. Авиакомпания может использовать такой компьютер для подготовки оптимального расписания маршрутов воздушных судов, минимизирующего расход топлива и при этом обеспечивая соблюдение всех пассажирских расписаний.
Через 2-5 лет они начнут оказывать коммерческое влияние
Квантовые компьютеры на основе вентилей универсальны, что означает, что они смогут вычислять широкий спектр задач. В будущем фармацевтическая компания будет использовать его для моделирования новых лекарственных соединений, исследуя эффекты миллионов из них без необходимости их синтезировать и тестировать.
Через 7-10 лет они начнут оказывать коммерческий успех
Аппаратное обеспечение
Обычно компании, которым нужен контроль качества, не владеют собственными компьютерами. Идея локальных квантовых компьютеров в настоящее время непрактична по ряду ключевых причин:
Вместо этого конечные пользователи квантовых компьютеров получают доступ к ним через облачные сервисы.
В этом подходе провайдеры предоставляют доступ к своим собственным устройствам контроля качества через собственные облачные сервисы. IBM — самая важная компания, придерживающаяся этого подхода, предлагающая контроль качества через свою сеть IBM Q.
Сильные стороны
Более тесная интеграция между существующей облачной платформой провайдера и квантовой платформой. Снижение сетевой задержки между классической облачной платформой и квантовой, что станет преимуществом для приложений с низкой задержкой (например, обнаружения мошенничества)
Слабые места
Ограниченный выбор вариантов бэкэнда для квантовых вычислений.
Потенциал более ограничительных коммерческих моделей
Опасность зависимости от поставщика
В этом подходе ведущие облачные сервисы предоставляют доступ к устройствам контроля качества сторонних поставщиков. Amazon Braket, например, предлагает доступ к D-Wave, rigetti, Oxford Quantum Circuits, IonQ и Xanadu, а также в разработке новых проектов. Microsoft Azure Quantum предоставляет доступ к Quantinuum, IonQ, Quantum Circuits Inc, rigetti, PASQAL, 1QBit, Microsoft QIO и Toshiba SQBM+.
Сильные стороны
Использует существующие сервисы доступа и выставления счетов облачных провайдеров, а также аналогичные общие сервисы
Обеспечивает простой вход к квантовым компьютерам, обычно по модели «плати по мере использования»
Предоставляет доступ к широкому спектру квантовых компьютеров, позволяя сравнивать платформы и определять подходящее устройство для рассматриваемой задачи
Слабые места
Тенденция к увеличению задержки при доступе к квантовому устройству обусловлена сетевыми запросами и очередями.
Это, в свою очередь, создаёт проблемы в приложениях, таких как обнаружение мошенничества и высокочастотная торговля, с требованиями к реальному времени или низкой задержке, до такой степени, что такие приложения могут быть непрактичными
В будущем облачные провайдеры смогут размещать квантовые устройства в своих дата-центрах наряду с традиционным ЦПУ и GPU, минимизируя эффекты задержки и открывая новый класс высокопроизводительных, низкозадерживаемых квантово-классических гибридных приложений, таких как обнаружение мошенничества и высокочастотная торговля.
API и связанные с ними SDK, как правило, имеют открытый исходный код и, за редкими исключениями, написаны на языке программирования Python.
Каждый ведущий поставщик качества обычно предоставляет собственные API для поддержки своих устройств или сервисов.
Некоторые поставщики, такие как IonQ, решили поддерживать API других поставщиков, вместо того чтобы разрабатывать собственные проприетарные API. Например, IonQ поддерживает Qiskit от IBM и Cirq. Такой подход позволяет, например, легче адаптировать квантовые алгоритмы, написанные на Qiskit для квантовой машины IBM, для работы на устройстве IonQ.
В будущем появится небольшое количество стандартизированных API, предоставляемых или обязательных крупными поставщиками технологий и облачных технологий (IBM/Amazon/Microsoft), к которым будут строить производители оборудования для квантовых вычислений.
Стремясь к лидерству в QC, финансовые учреждения, вероятно, обнажат, что развитие и удержание навыков и удержания талантов станет ключевым полем битвы. Лидеры в области применения квантовых технологий увидят значительный рост своей безопасности, операционной эффективности и результативности продукта, тогда как отстающие будут испытывать подрыв этих аспектов бизнеса.
Хотя мы не ожидаем, что квантовые компьютеры будут достаточно мощными для расшифровки современных криптосистем на базе PKI как минимум в течение 10-12 лет, предстоит провести значительную работу по их подготовке к противодействию квантовым угрозам.
QC имеет потенциально трансформирующие применения в ряде других областей.
По мере того как QC набирает обороты, естественно, мы увидим появление сценариев использования в различных секторах.
30% CAGR с 2017 по 2025 год
Квантовые компьютеры подойдут для решения определённых задач. В ближайшей перспективе квантовые компьютеры будут превосходно справляться с решением сложных численных задач и будут сосуществовать с существующими классическими компьютерами, что позволит создавать гибридные квантово-классические системы. Гибридность важна, потому что, в то время как классические вычисления дают однозначные результаты, квантовые компьютеры выдают результаты в виде вероятностных распределений, генерируя наборы ответов, которые затем могут потребовать отбора с помощью классических компьютеров. В более отдаленной перспективе контроль качества имеет потенциал для кардинальных преобразований. Это позволит добиться огромных успехов в определенных сферах, предоставив нам средства для создания революционно новых лекарств, оптимизации работы наших финансовых рынков, обеспечения безопасности наших сетей, понимания сложных систем, от экологии Земли до глобальных сетей спроса и предложения, и многого другого. Что касается максимального эффекта, то горизонт открыт. В социальной и экономической сферах грядут значительные изменения: подобно классическим вычислениям, квантовые вычисления окажут всестороннее преобразующее воздействие на нашу жизнь. Но история еще не написана, и следующие несколько десятилетий станут свидетелями того, на что способны наши лучшие умы с помощью этого мощного нового инструмента.