Что такое облачные квантовые платформы и для чего они нужны

РБКHi-Tech

Сверхпроводники бизнеса

Что такое облачные квантовые платформы и для чего они нужны

Автор: Алексей Федоров, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре

Квантовый компьютер Microsoft Azure

Квантовый компьютер с мощностью, достаточной для решения практических задач, еще не создан, но с помощью квантовых вычислений бизнес уже оптимизирует логистику, формирует инвестиционные портфели и моделирует процессы для добычи нефти. Выясняем, как именно.

В чем тренд?

По данным The European Deep Tech Report, квантовые вычисления в мире — один из четырех наиболее быстрорастущих сегментов рынка Deep Tech наряду с кремниевой фотоникой, дополненной, виртуальной и смешанной реальностью (AR/VR/ MR) и развитием интерфейсов, связывающих мозг и компьютер. Развитие квантовых вычислений напрямую связано с уровнем хардверной части (так называемого железа) и софтверной — программного обеспечения для квантовых компьютеров.

Проекты по разработке квантового софта, к которому относят и облачные платформы доступа к квантовым компьютерам, за последние два года суммарно привлекли более $100 млн. На рынке уже появляются сделки по слиянию бизнеса между компаниями, работающими в области «железа» и софта. В 2021 году о партнерстве сообщили разработчик ионных квантовых процессоров Honeywell Quantum Computing и провайдер сервисов Cambridge Quantum, а в 2022-м усилия объединили производитель квантовых компьютеров на атомах Pasqal и разработчик алгоритмов Qu&Co.

Прямой доступ к мощностям квантовых технологий есть пока только у ученых и разработчиков «железа». Облако же стало своеобразным выходом для коммерческих компаний: появилась возможность работы с квантовыми компьютерами без необходимости покупать дорогостоящее устройство.

Платформа квантовых вычислений

Внешне платформа напоминает стандартный облачный сервис, цель которого — снабдить пользователя набором инструментов для решения задачи, в данном случае вычислительной. У специалиста по данным, привыкшего к такому формату работы, может возникнуть вопрос: где тут квантовые компьютеры? А суть — в вычислительных бэкендах, доступных пользователю платформы.

Квантовые компьютеры — это вычислительные устройства нового типа, принцип работы которых построен на использовании эффектов квантовой физики. В отличие от классических устройств, информация в которых закодирована в биты — 0 или 1, квантовые оперируют кубитами, способными одновременно находиться в обоих состояниях — и 0, и 1. Такие устройства в перспективе позволят решать вычислительные задачи на порядки быстрее классических компьютеров и суперкомпьютеров.

Для решения исследовательских или бизнес-задач пользователь может выбрать классические, квантовые или квантово-вдохновленные сервисы. Сами по себе квантовые компьютеры расположены в крупных технологических компаниях или научных лабораториях.

Как правило, у такого сервиса есть несколько интерфейсов для доступа к разным инструментам квантовых вычислений. Они интуитивно понятны для пользователей без специального образования.

На практике использование платформы выглядит так: компания, желая решить задачу, например финансовой оптимизации, выбирает на платформе тип вычислительного сервиса. Бизнес может использовать квантовый вычислитель, а решение сравнить с результатами, полученными от классического или гибридного подходов. Разработчик запускает задачу, а программа выгружает матрицу данных. Она, к примеру, может показать минимальную конфигурацию инвестиционного портфеля с максимальной доходностью и минимальным риском в заданных условиях.

Если специалист из фармацевтической компании хочет смоделировать химическую реакцию на квантовом компьютере, ему доступны несколько инструментов для реализации квантового алгоритма. Среди них написание кода на низкоуровневом языке QASM или на Python с подключенными библиотеками для квантового программирования, а также создание в визуальном редакторе квантовой цепочки — для наглядности.

Платформы способны решать задачи оптимизации в разных направлениях: от логистики до финансовых потоков, разработок в областях квантовой химии, биоинформатики и криптоанализа. В нефтегазовом секторе — моделировать ключевые технологические процессы и анализировать данные. В телекоммуникационной сфере — ускорять разработку сетей нового поколения. В фармакологии — искать новые лекарства. В промышленности — оптимизировать производство и создавать новые материалы. Также кванты полезны для создания новых моделей машинного обучения.

Инструменты платформ способны проводить сравнительный анализ алгоритмов. Порядка 30% задач, с которыми индустрия обращается к разработчикам квантовых вычислений, все еще более эффективно решаются на классическом компьютере. Речь идет об алгоритмах с рутинными вычислениями вроде обработки больших объемов аудиовизуальной информации для игр и мультимедиа или шаблонных данных в таблицах и схемах.

Примеры использования облачных платформ квантовых вычислений

1. Оптимизация трафика

В 2019 году Ford и Microsoft запустили совместный проект по изучению возможностей для улучшения дорожной ситуации в Сиэтле. Так, исследователи применили квантовый эмулятор, подключенный к платформе Azure Quantum, чтобы в режиме реального времени реализовать сценарий по маршрутизации до 5 тыс. автомобилей, одновременно запрашивающих маршруты в Сиэтле и его пригородах. Каждый виртуальный водитель получил по десять различных маршрутов. В результате кейс позволил на тестовой выборке улучшить первоначально смоделированную ситуацию на дорогах сразу на 73%, а также уменьшить время в пути на 8%, что потенциально позволит экономить в среднем более 55 тыс. часов в год.

2. Определение эффективности химиотерапии

Доступ к квантовому эмулятору через платформу Microsoft Azure Quantum в 2018 году позволил ученым из Университета Case Western Reserve в Кливленде внедрить новый подход к количественной магнитно-резонансной томографии (MRF), который дал возможность одновременно измерять несколько свойств ткани в ходе одного сканирования. На тестовых данных это на 30% повысило точность проводимых исследований и в три раза ускорило процедуру сканирования.

Квантовый компьютер IBM Q System One

ВЕДУЩИЕ ИГРОКИ

В мире насчитывается несколько десятков компаний, занимающихся квантовыми вычислениями. Среди них американские IBM, Google Quantum AI, Microsoft, D-Wave, IonQ, Intel, китайские Baidu и Alibaba, французская Atos Quantum, австралийская Alpine Quantum Technologies (AQT) и другие. Часть из них создали собственные облачные платформы квантовых вычислений, а часть использует Amazon Braket. Эта система является абсолютным лидером по количеству подключенных к платформе квантовых мощностей.

Технологию развивают не только корпорации. Стартапы также активно вовлечены в гонку. Крупнейшие из них оцениваются в сотни миллионов долларов:

  • британский Cambridge Quantum Computing ($270 млн),
  • американский Zapata Computing ($228 млн),
  • канадский 1QBit ($216 млн).

В России весной 2023 года функционировали две облачные платформы для доступа к квантовым компьютерам. Задачи, которые интересны в первую очередь исследователям, решает платформа, разработанная учеными из МГУ им. Ломоносова. Инструмент активно используется студентами и научными сотрудниками университетов. Исследовательские и более прикладные задачи можно решить на платформе QBoard, разработанной Российским квантовым центром. За плечами стартапа—моделирование финансовых портфелей для Газпромбанка, сборка генома для Genotek и моделирование химических соединений для Nissan, а также проекты в области энергетики и телекоммуникаций.

СТОИМОСТЬ ДОСТУПА

Цена доступа к квантовым вычислениям для бизнеса — $2–3 тыс. в час. Amazon предлагает выполнить задание за $0,3, а разово запустить алгоритм в определенных условиях — за $0,0002–$0,01. В каждом случае стоимость зависит от типа используемого оборудования.

Другая американская платформа QC Ware предлагает широкий выбор тарифов в зависимости от величины группы исследователей и сложности задач. За $2,5 тыс. в час исследователи могут получить доступ к библиотекам алгоритмов, место для одного пользователя, доступ ко всем сверхпроводящим процессорам для квантовых компьютеров и симуляторам. Самый широкий тарифный план платформы за $500 тыс. предусматривает доступ на 285 часов и неограниченное количество мест для пользователей.

Количество запусков одной задачи зависит от платформы и системы, представленной на ней. Часто нужны сотни и тысячи запусков квантового алгоритма. Сегодня полноценное решение одной бизнес-задачи в среднем будет стоить около $10 тыс.

КОНСАЛТИНГ ДЛЯ БИЗНЕСА

Ценность платформ квантовых вычислений — в сотнях накопленных кейсов и решенных задач. Компания, обращающаяся за квантовыми вычислениями к платформе, не всегда понимает, с помощью каких именно инструментов можно эффективнее решать поставленные задачи.

В этом случае представители платформы погружаются в бизнес клиента и предлагают оптимальные решения. Часто на первом этапе задачу решают с помощью эмуляторов, расположенных на серверах платформы, а затем подбирают подходящий квантовый компьютер и определенную библиотеку программного обеспечения.

Затем клиент может выбрать: работать через платформу или обратиться напрямую к какому-либо технологическому гиганту самостоятельно. Бизнесу, как правило, удобнее продолжать работать через платформу, потому что в нее интегрировано множество вычислительных сервисов разных направлений и доступы к большому количеству квантовых компьютеров по всему миру.

Сегодня именно разработчики квантовых алгоритмов и провайдеры облачных сервисов выступают в роли драйверов рынка квантовых вычислений. Изучая все возможности квантовых вычислительных устройств и потребности клиентов, они выстраивают мостик к главному вызову предстоящих лет — демонстрации квантового превосходства в полезных прикладных задачах.

Фото: Microsoft, IBM

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Будущее батарей близко Будущее батарей близко

Литий-ионные батареи вполне заслужили почетную пенсию

Популярная механика
«Это жалкий муж для меня»: как отдавали под венец представительниц знати «Это жалкий муж для меня»: как отдавали под венец представительниц знати

О блистательной сестре Александра I и ее браке

Forbes
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
Московский мускат Московский мускат

Органичный микс из современной мебели, классической отделки и живописи

SALON-Interior
«Одевала меня портниха»: скелеты в шкафу первых леди СССР, в которые еле верится «Одевала меня портниха»: скелеты в шкафу первых леди СССР, в которые еле верится

Каким был стиль первых леди СССР

Cosmopolitan
Особенности национальной газификации Особенности национальной газификации

Газовики Подмосковья полностью перешли на российскую продукцию

Деньги
Формула «воздух» Формула «воздух»

В 2020 году должны пройти первые гонки летающих автомобилей

Популярная механика
Без Marvel и DC: 12 лучших экранизаций комиксов Без Marvel и DC: 12 лучших экранизаций комиксов

Устали от Marvel и DC, но любите фильмы по комиксам?

Правила жизни
Аглая Иванoвна Аглая Иванoвна

Бухгалтер переезжает в Петербург и за пару лет становится топ-моделью

Собака.ru
Рецепторы мозга помогают разделить воображаемое и реальное Рецепторы мозга помогают разделить воображаемое и реальное

Ученые составили карту светофоров для мозга макак

ТехИнсайдер
Fine wine. Как выбрать вино для коллекции и инвестирования Fine wine. Как выбрать вино для коллекции и инвестирования

Коллекционирование вин — давно уже не просто романтическое хобби

Правила жизни
«Фонтан переполняется»: отрывок из первой части трилогии Ребекки Уэст «Фонтан переполняется»: отрывок из первой части трилогии Ребекки Уэст

Фрагмент романа «Фонтан переполняется» Ребекки Уэст

СНОБ
Ограниченные данные: зачем страховым компаниям знать больше о своих клиентах Ограниченные данные: зачем страховым компаниям знать больше о своих клиентах

Почему страховые компании не всегда могут собрать и обработать данные клиентов?

Forbes
Чек-лист токсичного пациента: проверьте себя Чек-лист токсичного пациента: проверьте себя

Как ведут себя токсичные пациенты?

Psychologies
Волки, как и собаки, узнают знакомые человеческие голоса Волки, как и собаки, узнают знакомые человеческие голоса

Вероятно, между волками и собаками распространено межвидовое общение

ТехИнсайдер
«Мы расширяем границы кредитования для предпринимателей» «Мы расширяем границы кредитования для предпринимателей»

Как выстоять в жесткой конкуренции за клиентов

Деньги
3 вещи, которые старят и прибавляют вес женщинам после 40 лет: мнение эксперта 3 вещи, которые старят и прибавляют вес женщинам после 40 лет: мнение эксперта

Гардероб после сорока лет — это не сплошные правила и отказы

VOICE
Попасть в историю Попасть в историю

5 способов улучшить свой кредитный рейтинг

Лиза
Юлиана Слащева: Мультипликация — лучший способ познакомить детей с их родителями Юлиана Слащева: Мультипликация — лучший способ познакомить детей с их родителями

Интервью председателя совета директоров Союзмультфильма Юлианы Слащевой

СНОБ
Как подключить сабвуфер к магнитоле: пошаговая инструкция Как подключить сабвуфер к магнитоле: пошаговая инструкция

Какие сабвуферы бывают и что нужно, чтобы подключить их к автомагнитоле

CHIP
Ода сексизму: почему все критикуют новый сериал «Идол» с Лили-Роуз Депп и The Weeknd Ода сексизму: почему все критикуют новый сериал «Идол» с Лили-Роуз Депп и The Weeknd

Как сериал «Идол» создает стереотипы про музыкальную индустрию

Forbes
4 правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным 4 правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным

Бывший специальный агент ФБР Джон Шафер раскрывает секреты идеальной лжи

Psychologies
«Черное золото» России: как икра из дешевой закуски стала символом роскоши «Черное золото» России: как икра из дешевой закуски стала символом роскоши

История деликатеса, который в США подавали как закуску вместо арахиса

Forbes
Родиной самого большого в мире геккона оказалась Новая Каледония Родиной самого большого в мире геккона оказалась Новая Каледония

Зоологи разобрались с происхождением самого большого в мире геккона

N+1
Недружелюбный или эмоционально нестабильный: 4 типа токсичных начальников — как найти подход Недружелюбный или эмоционально нестабильный: 4 типа токсичных начальников — как найти подход

Что делать, если источник проблем — ваш босс?

Psychologies
Российские астрономы подсчитали сколько весит Млечный путь Российские астрономы подсчитали сколько весит Млечный путь

Хотите узнать, сколько весит Млечный путь?

ТехИнсайдер
Как снизить болезненность при шугаринге и восковой эпиляции — а заодно проверить знания мастера Как снизить болезненность при шугаринге и восковой эпиляции — а заодно проверить знания мастера

Как шугаринг и восковую эпиляцию провести более чисто, эффективно и приятно?

VOICE
Антон Уткин — о том, как найти свое счастье, занимаясь чем-то эфемерным Антон Уткин — о том, как найти свое счастье, занимаясь чем-то эфемерным

Сценарист Антон Утки — почему порой горящие глаза гораздо важнее правил

РБК
Саблезубый олень с копытами: 7 интересных фактов о редком животном Саблезубый олень с копытами: 7 интересных фактов о редком животном

Олень, которого природа наделила не рогами, а мощными клыками

ТехИнсайдер
Интересует Интересует

Компания Mystic Farm & Distillery стремится к новым высотам в сортах бурбона

ТехИнсайдер
Открыть в приложении