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

O'qishni davom ettirish uchun tizimga kiring. Bu tez va bepul.

Roʻyxatdan oʻtish orqali men foydalanish shartlari 

Tavsiya etilgan maqolalar

Российская инфраструктура ищет партнеров Российская инфраструктура ищет партнеров

Государственно-частное партнерство стало локомотивом для больших проектов

РБК
«Импортозамещение возможно при наличии научно-производственной базы» «Импортозамещение возможно при наличии научно-производственной базы»

О локализации оборудования и программного обеспечения для промышленности

РБК
«Двойка» за хорошее поведение «Двойка» за хорошее поведение

BMW M2 Gran Coupe: баварское купе, которое на самом деле седан

Автопилот
Путешествия по стране могут стать драйвером экономики Путешествия по стране могут стать драйвером экономики

Туристическая отрасль получила шанс на динамичное развитие

РБК
Не только поесть: 5 причин, которые заставляют нас регулярно посещать кафе и рестораны Не только поесть: 5 причин, которые заставляют нас регулярно посещать кафе и рестораны

Как владельцы заведений получают выгоду, играя на наших чувствах

Вокруг света
Неприкосновенный запас Неприкосновенный запас

История тушенки и сгущенки насчитывает чуть более двух веков

Вокруг света
Письменная принадлежность: как предприимчивый француз обеспечил мир шариковыми ручками Письменная принадлежность: как предприимчивый француз обеспечил мир шариковыми ручками

Как Марсель Бик дал жизнь одному из символов потребительской революции XX века

Вокруг света
Это вам не кино: ученые назвали растение, которое выживет и даст урожай на Марсе Это вам не кино: ученые назвали растение, которое выживет и даст урожай на Марсе

Сценарий выживания, как в фильме «Марсианин», оказался не самым перспективным

Вокруг света
Шкурный интерес: 7 удивительных покровов животных, которые помогают им выживать Шкурный интерес: 7 удивительных покровов животных, которые помогают им выживать

Различная окраска животных и насекомых идеально отвечает их образу жизни

Вокруг света
Мама, я создал! Ученые построили машину из Lego, чтобы выращивать человеческую кожу Мама, я создал! Ученые построили машину из Lego, чтобы выращивать человеческую кожу

Изобретение из Lego в десятки раз дешевле, чем современные биопринтеры

Вокруг света
Достопримечательности Земли обетованной: 7 удивительных чудес Израиля, которые должен увидеть каждый Достопримечательности Земли обетованной: 7 удивительных чудес Израиля, которые должен увидеть каждый

Эти места почитаются святыми в иудаизме, христианстве и исламе

Вокруг света
Почему мужчине легче похудеть, чем женщине? Дело в гормонах, и вот как они мешают сбросить вес Почему мужчине легче похудеть, чем женщине? Дело в гормонах, и вот как они мешают сбросить вес

Ученые провели эксперимент и узнали, почему мужчины худеют быстрее женщин

Вокруг света
Колхоз – дело добровольное Колхоз – дело добровольное

Как в Советском Союзе «колхозили» запчасти для иностранных автомобилей

Автопилот
Млечный путь Млечный путь

Свиньи и дельфины — близкие родственники, а лошадь роднее собаке, чем корове

Вокруг света
Не проморгай эволюцию: рыба-амфибия рассказала, зачем далекие предки людей научились двигать веками Не проморгай эволюцию: рыба-амфибия рассказала, зачем далекие предки людей научились двигать веками

Илистые прыгуны — уникальные существа на нашей планете

Вокруг света
Великие открытия: Давид Ливингстон и его путешествие по Южной Африке Великие открытия: Давид Ливингстон и его путешествие по Южной Африке

До Ливингстона половина Африканского материка казалась безжизненною пустыней

Вокруг света
Двойники Двойники

Почему под разными брендами встречаются такие похожие модели

Автопилот
С поля на собственную полку С поля на собственную полку

Зачем агропроизводителям нужна своя розница

Агроинвестор
Аккумуляторная независимость Аккумуляторная независимость

TI решил расспросить экспертов о том, какова сейчас ситуация с литием в России

ТехИнсайдер
Эпоха светлого: кто и когда впервые приготовил лагер — самое популярное пиво в мире? Эпоха светлого: кто и когда впервые приготовил лагер — самое популярное пиво в мире?

Как конкуренция двух пивных регионов Европы дала начало известному напитку

Вокруг света
Уроки китайского Уроки китайского

Li L9 Max, который не стремится быть понятым

Автопилот
Волшебная страна Биармия и викинги: чудеса карело-финских мифов, о которых вы наверняка не слышали Волшебная страна Биармия и викинги: чудеса карело-финских мифов, о которых вы наверняка не слышали

Здесь обитали великаны и амазонки, которые способны были зачать от глотка воды

Вокруг света
Попугаи научились звонить сородичам по видеосвязи — и вот как это изменило домашних птиц Попугаи научились звонить сородичам по видеосвязи — и вот как это изменило домашних птиц

Без общения с себе подобными страдают не только люди

Вокруг света
Штаны из тента для палатки: как джинсы за 150 лет превратились из спецовки в самую популярную одежду в мире Штаны из тента для палатки: как джинсы за 150 лет превратились из спецовки в самую популярную одежду в мире

История брюк, без которых невозможно представить современный гардероб

Вокруг света
Большая добыча Большая добыча

Печальные последствия встречи человека с природой Антарктики

Вокруг света
От Комсомольца и Большевика до Октябрьской революции: 10 самых больших островов России От Комсомольца и Большевика до Октябрьской революции: 10 самых больших островов России

Десять крупнейших островов России

Вокруг света
На 5 градусов ближе к выздоровлению: как холод помогает сращивать сломанные кости? На 5 градусов ближе к выздоровлению: как холод помогает сращивать сломанные кости?

Чтобы вылечить, нужно заморозить

Вокруг света
Всё, что вы хотели знать о спорте, но стеснялись спросить: отвечаем на 14 неловких вопросов Всё, что вы хотели знать о спорте, но стеснялись спросить: отвечаем на 14 неловких вопросов

Что чувствуют боксеры во время нокаута и как устроен мяч для гольфа?

Вокруг света
Киты пахнут лекарствами — что делать? Как химики из МГУ чукотским охотникам помогали Киты пахнут лекарствами — что делать? Как химики из МГУ чукотским охотникам помогали

Коренной народ Севера столкнулся с неожиданной проблемой

Вокруг света
Путешествие на Венеру Путешествие на Венеру

Фрагменты из романа Ахилла Эро «Путешествие на Венеру»

Наука и жизнь
Открыть в приложении