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

Виртуальный секс Виртуальный секс

«Популярная механика» протестировала первую в мире виртуальную любовницу

Популярная механика
Опасная бессонница Опасная бессонница

Учёные предупреждают: бессонница связана с повышенным риском сердечного приступа

Здоровье
Это всего лишь конец света... Это всего лишь конец света...

Памяти Гаспара Ульеля – актера, философа, эстета

Playboy
Медоносные пчелы плохо справились с опылением американских растений Медоносные пчелы плохо справились с опылением американских растений

Медоносные пчелы в Калифорнии оказались не слишком эффективными опылителями

N+1
Ника Гаркалина: Ника Гаркалина:

Дочь Валерия Гаркалина вспоминает об отце

Караван историй
Как отучить собаку копать ямы на огороде. 5 простых советов Как отучить собаку копать ямы на огороде. 5 простых советов

При последовательной дрессировке можно отучить пса рыться в земле

Лиза
Наталья Архангельская: «Тамара Макарова наклонилась к Герасимову и сказала, указывая на меня: «Посмотри, твоя Дуняша пришла» Наталья Архангельская: «Тамара Макарова наклонилась к Герасимову и сказала, указывая на меня: «Посмотри, твоя Дуняша пришла»

«Наташа, ты артистка первого дубля, не тяни время, сразу выкладывайся по полной»

Коллекция. Караван историй
«Водолеев в июне ждет успех!»: как нас заставляют верить в предсказания и гороскопы «Водолеев в июне ждет успех!»: как нас заставляют верить в предсказания и гороскопы

Что такое эффект субъективного подтверждения и как его используют астрологи?

Psychologies
Влад и Анна Прахты Влад и Анна Прахты

Влад и Анна Прахты заставили всю страну принять искусственную кожу как родную

Собака.ru
23-летний россиянин съеден акулой. Почему нас ужасают такие события? 23-летний россиянин съеден акулой. Почему нас ужасают такие события?

Почему психика ярко реагирует на драматичные истории гибели людей?

Psychologies
6 животных, которые научились разговаривать так же, как люди — вы будете удивлены! 6 животных, которые научились разговаривать так же, как люди — вы будете удивлены!

Некоторые млекопитающие и птицы могут имитировать звук человеческого голоса

ТехИнсайдер
Закрыть потребность: что мы можем дать друг другу в отношениях — 2 примера из практики психолога Закрыть потребность: что мы можем дать друг другу в отношениях — 2 примера из практики психолога

Что мы так хотим получить от отношений?

Psychologies
Арбатский романс Арбатский романс

Тишина — имя этому дому

Seasons of life
Отброшенные ноги помогли бескрылым комарикам не замерзнуть насмерть Отброшенные ноги помогли бескрылым комарикам не замерзнуть насмерть

Как бескрылые комарики выживают при отрицательных температурах?

N+1
Инвесторы ставят на дивиденды Инвесторы ставят на дивиденды

Дивидендная доходность эмитентов России остается одной из самых высоких в мире

Деньги
Черви-костоеды поели акульих зубов Черви-костоеды поели акульих зубов

Оказывается, черви-костоеды едят не только акульи кости, но и зубы

N+1
Правила жизни Джона Ромиты — старшего Правила жизни Джона Ромиты — старшего

Правила жизни американского художника комиксов Джона Ромиты — старшего

Правила жизни
Эпоха возрождения Эпоха возрождения

В Мозамбике после гражданской войны восстанавливают Национальный парк Горонгоза

Robb Report
Инъекция генов в печень бабуина позволила вылечить гемофилию Инъекция генов в печень бабуина позволила вылечить гемофилию

Результаты исследования показывают, что данный метод лечения гемофилии безопасен

ТехИнсайдер
Клим Шипенко: «Космос точно вызывает зависимость» Клим Шипенко: «Космос точно вызывает зависимость»

История от первого режиссера, который побывал в космосе, и привез оттуда фильм!

Maxim
Невесту заказывали? Самые безумные наряды героинь шоу «Давай поженимся» Невесту заказывали? Самые безумные наряды героинь шоу «Давай поженимся»

Каких только участниц не было на шоу "Давай поженимся"!

VOICE
Пино-нуар со дна Черного моря Пино-нуар со дна Черного моря

Как Андрюсу Юцису удается создавать легкое вино в жарком климате

СНОБ
Каждый день или раз в месяц: как часто нужно заниматься сексом — мнение психологов Каждый день или раз в месяц: как часто нужно заниматься сексом — мнение психологов

Много, мало, достаточно — можно ли применять эти понятия к интимным отношениям?

Psychologies
Виктор Мазин Виктор Мазин

Звезда научного андеграунда Виктор Мазин возвращает в моду интеллект

Собака.ru
«Мы решили жить вместе»: к чему нужно приготовиться — 3 важных этапа «Мы решили жить вместе»: к чему нужно приготовиться — 3 важных этапа

Как облегчить процесс привыкания друг к другу

Psychologies
Убийца из США 40 лет был в бегах, но его наконец поймали! История одного преступника Убийца из США 40 лет был в бегах, но его наконец поймали! История одного преступника

Дональд Сантини скрывался от полиции сорок лет

ТехИнсайдер
«Это слишком сложно»: 50 оправданий людей, которые не хотят меняться, — проверьте себя «Это слишком сложно»: 50 оправданий людей, которые не хотят меняться, — проверьте себя

Почему на предложение изменить мир, начав с себя, мы отвечаем «да, но…»?

Psychologies
«А мне все мало». Как побороть постоянное чувство голода «А мне все мало». Как побороть постоянное чувство голода

Что делать, если хочется есть, даже если ты недавно поела

Лиза
От постмодернистской насмешки до университетской программы: какой путь преодолел комикс в России? От постмодернистской насмешки до университетской программы: какой путь преодолел комикс в России?

Расскажем о становлении комикса в России вместе с историком Алексеем Павловским

Правила жизни
Как Мария Сибилла Мериан научила европейцев восхищаться гусеницами и жуками Как Мария Сибилла Мериан научила европейцев восхищаться гусеницами и жуками

Мария Сибилла Мериан сломала стереотипы и отправилась ловить бабочек в Америку

Forbes
Открыть в приложении