«Квантовые игры захватывают мир»
В ближайшем будущем квантовые компьютеры станут незаменимы при решении задач, связанных с искусственным интеллектом и ограниченных по времени. Например, пригодятся в системах управления набирающими всё большую популярность беспилотных автомобилей, где необходимо мгновенно оценивать дорожную обстановку и реагировать на изменения вокруг. Но всё же новейшее вычислительное устройство вряд ли полностью заменит привычный компьютер, который мы используем в повседневной работе — просматривая видео, набирая тексты или печатая документы. О том, что такое квантовый компьютер и когда он появится в России, «Известиям» рассказал один из ведущих мировых специалистов по архитектуре кубитов — Павел Бунык.
— Что сегодня входит в понятие «квантовый компьютер»?
— Это не такой простой вопрос. Насколько мне известно, большинство исследовательских групп рассматривают систему под названием gate model — это аналог работы классического компьютера, только вместо транзисторов в нем кубиты. Однако квантовый должен уметь не только производить расчеты. Это система, которая умеет брать задачи, загруженные в нее через интернет, доставлять к процессору, распределять между кубитами их исполнение, обрабатывать полученные решения и отправлять пользователю результат.
— Заменят ли когда-нибудь квантовые компьютеры нынешние ПК?
— Печатать документы и смотреть видео на квантовом компьютере немножко бессмысленно, да и невозможно на данный момент. Конечно, можно написать аналоги программ, но нужно ли? Я думаю, что квантовые и классические устройства всегда будут работать параллельно и каждый решать те задачи, для которых они больше подходят.
— А какие задачи под силу только квантовым компьютерам?
— Если классическому ПК дать время «подумать» и написать для него качественный алгоритм, он, скорее всего, решит любую задачу. Правда, это может занять много времени, которого иногда просто нет — ответ нужен быстро. Например, приходит заказчик из рекламной компании с задачей, чтобы на мониторе человека, зашедшего в интернет, максимально быстро возникал баннер с интересной именно для него продукцией. Заказчик приносит алгоритм для выполнения данной задачи, мы грузим его в квантовый компьютер. Машина начинает работу. И тут мы видим значимое преимущество новейшего вычислительного устройства перед классическим. Первое же его решение (скажем, выбор темы для рекламного баннера) — правильное.
ПК также начнет решать поставленную с помощью алгоритма задачу. Однако первые десятки и даже сотни решений не будут удовлетворять требованиям заказчика. Проще говоря, компьютер не сразу перейдет к нужным. Конечно, на этот процесс уйдет время. Выражаясь фигурально, классический компьютер только успеет осмотреться в поисках решения в то время, как квантовый уже даст ответ. Поэтому квантовые машины незаменимы для выполнения задач, где время ограничено. В частности, это актуально для систем управления беспилотными автомобилями, где необходимо мгновенно оценивать дорожную обстановку.
— Получается, преимущество квантовых компьютеров заключается в быстром поиске правильного решения?
— Не только. Для решения поставленной задачи прежде всего необходимо написать соответствующий алгоритм — последовательность действий, которую должен выполнить компьютер для поиска ответа. Однако последовательность и состав действий, которые будут входить в этот алгоритм, могут отличаться. Ведь решать уравнения и задачи можно по разным формулам, поэтому и для компьютерных программ возможны варианты. Но от входящих в алгоритм действий зависит время, необходимое машине для поиска решения. Допустим, мы наймем пять научных сотрудников, которые за год напишут такой алгоритм, что ПК вполне сможет его исполнить, скажем, за 10 минут. Но один сотрудник всего за неделю сможет создать алгоритм для квантового компьютера, который его спокойно исполнит за доли секунды. Такой алгоритм ПК обрабатывал бы долгое время, если бы вообще с ним справился. За счет этого можно сэкономить финансы.
— Для каких целей в ближайшее время планируется использовать именно квантовые компьютеры?
— Сейчас основных цели две — материаловедение и искусственный интеллект. К первой относят создание новых материалов, преобразование старых, их анализ. В этой области уже много успехов. Что же касается второй — искусственного интеллекта, то тут пока больше вопросов, чем ответов. Хотя работа над алгоритмами для различных его реализаций ведется активно. Но надо подчеркнуть, что много компаний, включая таких гигантов, как Google и IBM, соревнуются между собой и с другими компаниями, например D-Wave, в разработках, связанных с искусственным интеллектом.
— Игры превратились в одну из самых прибыльных областей компьютерной индустрии. Получится ли новейшее вычислительное устройство приспособить для них?
— Еще во времена, когда квантовый компьютер состоял из 16 и даже четырех кубитов, среди разработчиков организовывались своеобразные соревнования по написанию игр для таких систем. И задача вполне успешно реализовывалась, поэтому логично предположить, что и для машины из тысяч кубитов получится создать свои игры. Кстати, вполне возможно, что в них можно будет использовать тот же искусственный интеллект, разработанный именно с помощью квантового компьютера. Вообще квантовые игры сейчас захватывают весь мир. Именно в эту область, а также в материаловедение инвесторы охотно вкладывают деньги. И есть высокая вероятность, что затраты окупятся.
— В квантовых компьютерах компании D-Wave, где вы работаете в должности главного конструктора, в процессорах задействованы уже 2 тыс. кубитов. Этого достаточно для решения практических задач?
— Сейчас перед нами стоят задачи, для которых даже 5 тыс. кубитов может оказаться мало. Но увеличение их числа — не первостепенная задача. Необходимо помнить и про другие параметры работы машины: снижение уровня шумов, способствующих возникновению случайных ошибок, увеличение времени жизни и количества связей между кубитами. Впрочем, некоторые важные практические задачи удалось реализовать и вовсе на тысяче кубитов.
— Насколько я понимаю, в ближайшее время могут появиться системы по крайней мере из 5 тыс. кубитов.
— Да, совершенно верно. Компания D-Wave планирует выпустить такую систему уже в середине следующего года. Причем ее преимущество не только в количестве кубитов, но и в связях между ними. Сейчас в наших квантовых компьютерах один кубит присоединен к шести другим, а будет — к 15. Это позволит реализовать более сложные алгоритмы за счет большего количества связей между переменными. С моей точки зрения, это будет следующее поколение чипов для квантовых компьютеров. А насколько он реально будет мощнее и круче предыдущих моделей — узнаем, когда сделаем.
— Идею создания квантового компьютера высмеивали десятки лет, а сейчас за рубежом они уже решают вполне реальные задачи. Что, с вашей точки зрения, нужно сделать, чтобы и в России появилось такое устройство?
— Это вопрос правильной постановки задачи и финансирования. Согласно моему опыту, нужен инвестор или группа инвесторов, которые максимально четко поставят цель. Например, сделать квантовый компьютер из такого-то количества кубитов через три года. Насколько мне известно, в России много научных групп, которые могли бы взяться за такую задачу, некоторые специалисты работают в Российском квантовом центре. Но для создания процессора необходим четкий план, который нужно будет неукоснительно выполнять под страхом финансового наказания. Вот в США и Канаде существует система венчурного капитала, которая предполагает долгосрочные инвестиции в высокотехнологичные перспективные компании, и именно за счет нее и был создан коммерческий квантовый компьютер.
Павел Бунык окончил физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова в 1993 году. Сегодня ученый входит в число ведущих мировых специалистов по архитектуре кубитов.
