Квантовите компютри, подобно на реакторите за термоядрен синтез и персонализираната генетична медицина, от години са малко над хоризонта и обещават да променят живота ни – някой ден. Това не е попречило на технологията да навлезе от университетите в частния сектор, където са инвестирани милиарди в компании, които се надяват да я превърнат в реалност.

Това, което всеки трябва да знае, е, че квантовите изчисления все още не са практическа реалност. Нито една компания не е разработила устройство, което да може да надмине класическите суперкомпютри в нещо повече от неясни изследователски проблеми, които нямат реално приложение. Накратко, тези компании се опитват да преодолеят различни пречки, за да направят квантовите изчисления работещи – или продават различни видове квантови компютри на изследователски лаборатории, които се опитват да направят квантови изчисления работещи.

В тази връзка нека разгледаме водещите компании за квантови изчисления, които разширяват границите на тази революционна технология и оформят бъдещето на квантовите изчисления.

Квантови изчисления: Кратък преглед

Квантовите компютри работят на принципите на квантовата механика – клон на физиката, който се занимава с явления в атомни и субатомни мащаби. За разлика от класическите компютри, които обработват информацията в двоични битове (0 или 1), като транзисторните вратички се отварят и затварят, квантовите компютри използват квантови битове или кюбити, които могат да представят едновременно и двете състояния благодарение на свойството, известно като суперпозиция. Не се опитвайте да си го представите – никой никога не е виждал кюбит в суперпозиция. Всичко това е математика. Но математиката и различните методи за измерване на кюбити ни казват, че манипулирането на суперпозицията може да се използва за обработка на огромни количества данни и решаване на определени сложни проблеми със скорост, немислима за най-мощните съвременни суперкомпютри.

Растящият пейзаж на квантовите изчисления

Нарастващите инвестиции са знак за увереност в способността на квантовите изчисления да революционизират различни промишлени сектори – от финансите и фармацевтиката до логистиката и автомобилостроенето. Правителството на САЩ е похарчило 2,9 млрд. долара за квантови технологии между 2019 и 2022 г. и планира да похарчи още повече. В световен мащаб Обединеното кралство, ЕС и Китай също правят значителни инвестиции, възлизащи на милиарди долари, което отразява силна увереност в потенциала на квантите. Освен това частните инвестиции надхвърлят 2,35 млрд. долара през 2022 г., което предполага нарастващ интерес към бъдещите приложения на квантовите изчисления.

Въпреки значителния напредък, постигнат в тази област, съществуват обаче многобройни предизвикателства и дебати относно практическата приложимост на квантовите изчисления, освен да служат като новаторски физичен и математически експеримент. Компаниите, работещи в квантовата сфера, периодично обявяват напредък и постижения, но полезните квантови изчисления все още са далеч във времето.

Засега широко рекламираните предимства на квантовите изчисления, като края на криптографията, мигновеното разработване на чудодейни лекарства и обратното развитие на климатичните промени, са все още далечни мечти. Затова компаниите от частния сектор, които се стремят да оправдаят инвестициите в квантови технологии, трябва да намерят деликатен баланс между настоящите приложения на технологията и нейния бъдещ потенциал.

Лидери в областта на квантовите изчисления

Въпреки че квантовите изчисления са изпълнени с иновативни стартъпи, няколко индустриални гиганта се утвърдиха като пионери в тази област. Ето един поглед към някои от водещите компании в областта на квантовите изчисления, които движат напред тази авангардна технология:

1. IBM

Миналата година IBM, настоящият лидер в областта на квантовите изчисления, пусна на пазара своята Quantum System Two – модулен квантов компютър, захранван от произведен от IBM чип, наречен Heron. Чипът подобрява „корекцията на грешки“, като се бори с декохеренцията – явление, което води до загуба на квантови състояния в квантова система. Неотдавна IBM представи Condor – квантов процесор с 1 121 свръхпроводящи кюбита, базиран на технологията на компанията за кръстосани резонансни гейтове. IBM се надява до 2033 г. да създаде квантова система със 100 000 кюбита.

2. Google Quantum AI

През 2019 г. Google Quantum AI обяви, че е постигнал „квантово превъзходство“ със своя квантов компютър Sycamore, като е взел извадка от изхода на случайна квантова схема по-бързо, отколкото твърди, че може да направи суперкомпютър. (IBM бързо контрира, че нейните суперкомпютри могат да се справят със задачата по-бързо.) Google има за цел да изгради квантова система с 1 милион кюбита в рамките на десетилетие. Междувременно рамката с отворен код на Google Quantum AI, Cirq, е предназначена за разработване на нови квантови алгоритми за квантови компютри в близко бъдеще.

3. Amazon

През 2019 г. Amazon Web Services създаде център за квантови изчисления в кампуса на Калтех, където Ричард Файнман за първи път предложи идеята за изграждане на квантов компютър в началото на 80-те години на миналия век. Това е Amazon Braket и е напълно управлявана услуга за квантови изчисления, която осигурява достъп до квантов хардуер от различни доставчици, включително IonQ, Rigetti, Oxford Quantum Circuits, QuEra и собствения квантов симулатор Amazon Braket. Това позволява на потребителите да експериментират с различни хардуерни архитектури и да намерят най-подходящия вариант за своите специфични нужди. Неотдавна AWS представи специално разработен чип, произведен в компанията, който може да потиска грешките 100 пъти, използвайки подход за пасивна корекция на грешки.

4. Microsoft

Microsoft Azure предоставя цялостен набор от инструменти и ресурси за квантови изчисления и активно работи по разработването на мащабируем и устойчив на грешки квантов компютър. Платформата Azure Quantum осигурява достъп до квантов хардуер, симулатори и инструменти за разработка, което позволява на потребителите да експериментират с квантови алгоритми и да изследват потенциала на квантовите изчисления.

5. Intel

Intel работи по създаването на цялостна търговска квантова система. Неотдавна тя пусна 12-кюбитов силициев чип, наречен Tunnel Falls, който има за цел да напредне в изследванията на силициевите спинови кюбити. Компанията планира да интегрира чипа в своя пълен квантов стек с помощта на комплекта за разработка на софтуер Intel Quantum. Тя планира да пусне следващото си поколение квантов чип през 2024 г. и обяви партньорство с Чикагския университет и Токийския университет, за да напредне в разработването на устойчив на грешки квантов компютър.

6. D-Wave

Лидер в областта на квантовите изчислителни системи, софтуер и услуги, D-Wave използва процес, наречен квантово отгряване, и нейните системи се използват от някои от най-сложните предприятия в света, включително Google, NASA Ames и Volkswagen. Квантовото отгряване се различава от базираните на портали квантови изчисления, използвани от повечето други участници в тази област, но дава обещаващи резултати при решаването на сложни оптимизационни проблеми в голям мащаб. Компанията се фокусира върху проблеми на оптимизацията, за да осигури бизнес стойност.

7. Quantinuum

Създадена от сливането на Cambridge Quantum Computing и Honeywell Quantum Solutions, H-серията квантови компютри с хванати йони на Quantinuum поддържа връзка между всички кюбити, което позволява създаването на заплетени състояния между всички кюбити и дава възможност за висока точност на квантовите състояния. Quantinuum е разработила междинен софтуер и софтуерни продукти, които работят на платформи с уловени йони и други квантови компютри за квантова химия, квантово машинно обучение и квантов изкуствен интелект.

8. Rigetti Computing

Rigetti Computing изгражда и внедрява интегрирани квантови изчислителни системи, използващи свръхпроводяща кюбитова технология. Тя предлага и облачна платформа, наречена Forest, която позволява на програмистите да пишат квантови алгоритми.

9. Xanadu

Xanadu е компания за цялостни фотонни квантови изчисления, която изгражда квантови компютри и предоставя квантови облачни услуги. Системите на компанията се основават на фотонна технология и са предназначени да позволят разработването на практически квантови приложения.

10. Atos Quantum
Atos Quantum е световен лидер в областта на цифровата трансформация. Нейната Quantum Learning Machine (QLM) е мощна специализирана хардуерна инфраструктура, която позволява на изследователи, инженери и студенти да разработват и експериментират с квантов софтуер.

Другите участници в своеобразната надпревара са IonQ, Infleqtion, QC Ware и Zapata Computing. Тези компании, занимаващи се с квантови изчисления, постигат значителен напредък в съответните области, като по този начин оформят бъдещето на квантовите изчисления.

Защо бизнесът може да се интересува от използването на квантови изчислителни услуги?

Експертите са единодушни, че квантовите изчисления са толкова неизбежни, колкото и гравитацията. Въпросът не е „дали“, а „кой“ и „кога“ ще се появят практическите квантови изчисления и ще разрушат индустриите със способността си да решават сложни проблеми, включващи обезкуражаващ брой променливи и потенциални резултати. Очаква се квантовите изчисления да предизвикат революция в почти всяка индустрия, включително здравеопазване, финанси, киберсигурност, логистика и изкуствен интелект.

Случаи на употреба на квантовите изчисления: Всичко

Понастоящем основната употреба на квантовите компютри е за изследователски цели. Но някои от известните случаи на употреба, които се проучват, включват:

• Квантова симулация: Квантовите компютри биха могли да симулират поведението на сложни квантови системи, което има приложение в химията, материалознанието, откриването на лекарства и прогнозирането.
• Квантова оптимизация: Квантовите компютри биха могли да решават оптимизационни задачи по-ефективно от класическите компютри, което има приложение в логистиката, финансите и управлението на веригата за доставки.
• Квантово машинно обучение: Квантовите компютри биха могли да подобрят алгоритмите за машинно обучение и да позволят разработването на нови модели на изкуствен интелект.
• Квантова криптография: Квантовите компютри биха могли да повишат сигурността на комуникациите и данните, като позволят разработването на нови криптографски протоколи.

Заключение

Квантовите изчисления все още са в начален етап на развитие, като все още предстои да се отговори на много въпроси. Въпреки това бързият напредък в областта, съчетан със значителните инвестиции, които се насочват към нея, свидетелстват за потенциала на технологията да революционизира различни сектори.

Въпреки че все още предстои дълъг път, постигнатият до момента напредък предполага светло бъдеще за квантовите изчисления и техния потенциал за решаване на някои от най-сложните предизвикателства в света.

Крейг Смит,

Forbes