31 мая 2024 г.

Окончание, начало здесь

Практическое применение квантовых компьютеров требует как самих компьютеров, которые активно разрабатывают, так и профильной подготовки от команд математиков, инженеров и программистов, работающих с этими системами. Нужную экспертизу сейчас нарабатывают, как и концепции построения вычислительных сред, которые для квантовых вычислений должны быть гибридными, то есть включать как элементы для квантовых вычислений (QC), так и традиционные вычислительные мощности. Гибридные системы для квантового компьютинга потребуют сложной инженерной инфраструктуры. Например, инженерная «обвязка» для квантового компьютера должна обеспечивать возможность охлаждения жидким гелием.

Как будут выглядеть системы для QC

Квантовые компьютеры эффективно использовать можно только в составе гибридных систем, где наряду с системами, работающими с кубитами, будет работать традиционная вычислительная инфраструктура с достаточной мощностью. QC радикально различаются от традиционных почти на всех уровнях: от постановки задачи до анализа результата. Традиционные компьютеры нужны для «препарирования» бизнес-задач, то есть для доведения до вида, пригодного для обработки на квантовом компьютере, а также для «постпродакшена», то есть для анализа результатов QС, проверки их на валидность и т. д.

Подсистема традиционных компьютеров, в свою очередь, будет тоже гибридна, т. е. состоять из вычислительных мощностей, расположенных on-premises, но, судя по всему, потребует мощной «облачной» составляющей.

«Развитие квантовых технологий требует мощной инфраструктуры и высокой скорости работы ИТ-систем», — говорит Павел Гонтарев, управляющий директор VK Tech, отмечая, что соответствующие нагрузки в ряде случаев лучше выносить в «облако». С ним согласны и другие игроки рынка.

QC идут без квантовых компьютеров

Созданы вычислительные модели квантовых компьютеров, которые позволяют выполнять ряд задач как в рамках R&D, так и в плане практического применения. Эмуляторы квантовых систем позволяют отрабатывать алгоритмы и технологии, говорит Антон Гугля, генеральный директор QApp.

Пусть эмулированные системы не обеспечивают «квантового превосходства», но они позволяют проектировать «квантовые языки программирования», изучать и совершенствовать методику проведения QC, а также работать над квантово-вдохновленными алгоритмами.

«Уже сейчас мы видим интерес к квантовым алгоритмам не только со стороны университетов и исследовательских центров, но и крупного бизнеса», — говорит Алексей Федоров, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра.

Квантово-вдохновленные вычисления для ряда задач уже показывают эффективность, позволяя заметно увеличить скорость решения.

«Несмотря на то, что универсальный квантовый компьютер еще не создан, квантово-вдохновленные (quantum inspired) алгоритмы уже успешно применяются на практике», — говорил Альберт Ефимов, вице-президент, директор управления исследований и инноваций Сбербанка, руководитель рабочей группы по квантовым технологиям Альянса в сфере AI.

Корпорация Nvidia запустила Quantum Cloud, доступный в «облаке» симулятор квантового компьютера для исследований, экспериментов и пилотных проектов с использованием квантовых и квантово-вдохновленных алгоритмов. Сервис Nvidia использует CUDA-Q, платформу для эмуляции квантовых вычислений с открытым исходным кодом, которую, по заявлению компании, используют около 75% компаний, работающих над физическими квантовыми платформами.

Бизнес — в ожидании

Применение квантовых вычислений открывает для бизнеса множество новых возможностей, которые компаниям можно конвертировать в потенциальные конкурентные преимущества. Уже в следующем году порядка 40% крупных компаний в мире будут инвестировать в технологии квантовых вычислений и разворачивать пилотные проекты на основе QC, как считают в Gartner. В российских условиях соответствующие лаборатории есть у Росатома, Роснефти, Сбера и других крупных структур.

Наибольший эффект QC дадут при работе «на стыках» как междисциплинарных, так и различных технологических концепций. Например, квантовые вычисления, как считают аналитики, позволят открыть новые возможности для развития и применения технологий «искусственного интеллекта».

«Настоящее ускорение AI на принципиально новом уровне будет в сочетании с квантовыми вычислениями, — говорил Альберт Ефимов. — Такая комбинация откроет нам доступ к адаптивным материалам и новым лекарствам, роботы будут способны понимать все сложности окружающего мира».

Корпорации на уровне R&D ведут активные технологические разработки, которые в перспективе позволят интегрировать QC в имеющиеся вычислительные практики. Например, почти год назад компания Cloud.ru открыла лабораторию квантовых вычислений, целью которой является объединение существующих и будущих решений в области QC в «облачной» инфраструктуре. Исследования будут идти в тесном сотрудничестве с ведущими российскими лабораториями по квантовым технологиям, сказал Игорь Хапов, руководитель департамента инноваций Cloud.ru, выступая на форуме будущих технологий «Вычисления и связь. Квантовый мир» в рамках сессии Сбера «Квантовое превосходство: в поисках практических применений».

Возможно, популярным рыночным форматом в предоставлении сервисов квантовых вычислений будет IaaS, считает Ярослав Борисов, руководитель направления по новым проектам в СП «Квант». Такой подход, предусматривающий выделение внутри квантово-классической системы отдельный кластер под задачи заказчика, как считает г-н Борисов, позволит сохранить конфиденциальность информации, в том числе, и результатов вычислений. А над вопросами «инфобеза», связанными с QC, следует задумываться уже сейчас.

QC и ИБ

Квантовый мир привлекает не только корпорации, но и злоумышленников, которые ищут новые способы организации кибератак.

«Результаты компьютерных вычислений станут более ценными как для конкурентов, так и для хакеров. И одной из задач кибербезопасности станет защита результатов квантовых вычислений», — уверена Екатерина Снегирева, старший аналитик исследовательской группы Positive Technologies.

Традиционная гонка на рынке информационной безопасности между атакующими и защитниками с появлением квантового компьютера перейдет на новый уровень, отмечала г-жа Снегирева, представляя 5 основных видов киберугроз на киберфестивале Positive Hack Days 2. Над противостоянием будущих угроз нужно работать уже сейчас

«Наряду с очевидными преимуществами появление квантового компьютера — угроза информационной инфраструктуре, основанной на использовании определенных классов криптографических алгоритмов, — напоминает Алексей Федоров, руководитель научной группы „Российского квантового центра“. — Необходимо уже сейчас переходить на квантово-устойчивые решения».

Вместо заключения

Квантовые технологии в современном ИТ-мире используют как для вычислений, так и для других практических задач. В качестве примера приведем квантовые сенсоры или квантовые коммуникации, позволяющие реализовать высокий уровень защиты информации передаваемой информации.

Квантовые коммуникации уже несколько лет успешно применяют на разных вертикальных рынках в РФ, развитие этой технологии также курирует государство.

«Создание среды цифрового доверия, включая доверенные квантовые коммуникации, построенные на основе передовых научных достижений, создание безопасного цифрового мира является одной из важнейших задач», — отмечал Сергей Мартынов, первый заместитель председателя Комитета Совета Федерации по обороне и безопасности, выступая на втором всероссийском форуме «Квант-2024», который состоялся в начале этого года.

Одним из крупнейших российских пользователей технологий квантовых коммуникаций является, РЖД — например, этой тематике было посвящен доклад Михаила Каткова, замначальника департамента квантовых коммуникаций РЖД, представленный на XXVIII форуме Международной академии связи «Цифровая трансформация. Связь будущего», который проходил в рамках выставки «Связь-2024».

Важность развития национальных компетенций в этой области и внедрения российских разработок в системы защищенной связи подчеркивал Михаил Мишустин. Однако проблематика развития квантовых коммуникаций, их современное состояние и перспективы представляют собой предмет отдельного рассмотрения, к которому мы еще вернемся.

Источник: Александр Маляревский, внештатный обозреватель IT Channel News