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

НИТКА, ведущая в небо НИТКА, ведущая в небо

Что скрывается за аббревиатурой НИТКА и какого ее предназначение?

Наука и техника
99 способов самоподдержки от смелого психолога Екатерины Сигитовой 99 способов самоподдержки от смелого психолога Екатерины Сигитовой

Список, который вам поможет радоваться жизни каждый день!

Psychologies
Силой мысли, или что обещает нам Илон Маск Силой мысли, или что обещает нам Илон Маск

Чего же Маск хотел в сфере нейроинтерфейсов, что сделал и что сможет сделать

Популярная механика
Как включить режим разработчика на Android и iPhone Как включить режим разработчика на Android и iPhone

Зачем нужен режим разработчика в смартфоне, и как его включить

CHIP
Ниже солнца, выше воды Ниже солнца, выше воды

Беспилотное судно с почти неограниченным запасом хода

Популярная механика
Чего я не знал, начиная бизнес «Стать примером для других» — Заур Цохолов о гостиничном бизнесе в дагестанском селе Чего я не знал, начиная бизнес «Стать примером для других» — Заур Цохолов о гостиничном бизнесе в дагестанском селе

Заур Цохолов о гостиничном бизнесе в дагестанском селе

Inc.
Неудобные вопросы гинекологу Неудобные вопросы гинекологу

Самые распространенные проблемы, которые волнуют женщин

Лиза
«Не проснулся материнский инстинкт»: что делать, если не пришла любовь к ребенку, — 3 совета «Не проснулся материнский инстинкт»: что делать, если не пришла любовь к ребенку, — 3 совета

Как быть, если нет прилива любви и нежности к едва родившемся малышу?

Psychologies
Московский скоростной диаметр: зачем он нужен и как по нему ездить Московский скоростной диаметр: зачем он нужен и как по нему ездить

Какие задачи решает Московский скоростной диаметр и как им пользоваться

РБК
Скульптор и делец. Как Лука делла Роббиа поставил производство майолики на поток Скульптор и делец. Как Лука делла Роббиа поставил производство майолики на поток

Александр Степанов рассказывает о творчестве художников Ренессанса

СНОБ
5 побочных эффектов быстрого похудения, о которых вам никто не говорит 5 побочных эффектов быстрого похудения, о которых вам никто не говорит

Быстрые диеты имеют несколько серьезных последствий для вашего здоровья

ТехИнсайдер
«Пятница!» — это фабрика хороших новостей» «Пятница!» — это фабрика хороших новостей»

Своей невероятной энергией Тина Канделаки заряжает легко и сразу

OK!
Следующая станция — Дубай Следующая станция — Дубай

Как не потеряться в «четвертой столице» России и найти там своих

СНОБ
Нулевой пациент: история о том, как появилась корь Нулевой пациент: история о том, как появилась корь

Впервые корь был описана персидским философом и врачом Ар-Рази

Forbes
Лучшие сериалы про маньяков. Часть 4 Лучшие сериалы про маньяков. Часть 4

12 сериалов для любителей безопасно пощекотать себе нервы

Maxim
Эмоциональная компетентность: как понять и принять чувства окружающих Эмоциональная компетентность: как понять и принять чувства окружающих

Можно ли на самом деле поставить себя на место другого человека и понять его?

Psychologies
Совместное творчество: как искусство пришло в индустрию красоты Совместное творчество: как искусство пришло в индустрию красоты

Рассказываем о точках соприкосновения мира искусства и индустрии красоты

Правила жизни
Ужасная история Эбена Байерса, который три года пил радий, пока у него не отвалилась челюсть Ужасная история Эбена Байерса, который три года пил радий, пока у него не отвалилась челюсть

В 90-х американцы только и говорили, что о чудодейственной радиоактивной терапии

ТехИнсайдер
Мозг использовал два механизма для вычленения речи собеседника в шумной компании Мозг использовал два механизма для вычленения речи собеседника в шумной компании

Ученые проанализировали, как мозг обрабатывает речь в людном и шумном помещении

N+1
Ты и бывший: что остается после финала? Ты и бывший: что остается после финала?

Любовь однажды заканчивается, но след от нее растягивается на годы

VOICE
Страшный сон Раскольникова: как японский режиссер поставил «Преступление и наказание» Страшный сон Раскольникова: как японский режиссер поставил «Преступление и наказание»

Режиссер из Японии Мотои Миура поставил спектакль «Преступление и наказание»

Forbes
Миграцию летучих мышей удалось описать благодаря радарам и машинному обучению Миграцию летучих мышей удалось описать благодаря радарам и машинному обучению

Алгоритм помог отделить летучих мышей от птиц и насекомых

N+1
Она развелась в 70 лет, но в свои 102 года ни о чем не жалеет! Счастливая история Она развелась в 70 лет, но в свои 102 года ни о чем не жалеет! Счастливая история

Глэдис МакГэри нашла свое счастье на пенсии

ТехИнсайдер
Planet9. Агния Стерлигова и Александр Кармаев Planet9. Агния Стерлигова и Александр Кармаев

Бюро Planet9 устроило в Петербурге два интерактивных выставочных суперхита

Собака.ru
Двойственная натура. Тест-драйв седана Omoda S5 Двойственная натура. Тест-драйв седана Omoda S5

Omoda S5: неоднозначные впечатления от китайского седана

СНОБ
Как избавиться от храпа женщине и мужчине и почему человек храпит Как избавиться от храпа женщине и мужчине и почему человек храпит

Почему человек храпит?

РБК
Свинка не та, кем кажется Свинка не та, кем кажется

«Свинка» — бодипозитивный хоррор о свинском поведении

Weekend
Ледяной дрейф Ледяной дрейф

21 мая в России отметили день полярника. И дата выбрана неслучайно

Отдых в России
7 дворянских усадеб Подмосковья, на которые стоит посмотреть 7 дворянских усадеб Подмосковья, на которые стоит посмотреть

Старинные подмосковные усадьбы с историей

СНОБ
Не будем ссориться! Не будем ссориться!

Как избегать конфликтов с окружающими?

Лиза
Открыть в приложении