Давнє прислів’я серед технічних журналістів, таких як я, звучить так: “можна або точно пояснити квантову фізику, або зробити це зрозуміло, але не обидва рази”.
Це пояснюється тим, що квантова механіка – це дивна і частково теоретична галузь фізики, яка є надзвичайно складною для розуміння.
Вона включає в себе мікрочастинки, що поводяться дивним чином. І це незвичайне явище відкрило потенціал цілого нового світу наукових можливостей.
Її неймовірна складність, мабуть, є причиною, чому квантова технологія залишилася в тіні сучасної зірки технологій – штучного інтелекту (ШІ).
Це незважаючи на регулярні великі оголошення про квантові досягнення від таких технологічних гігантів, як Microsoft і Google.
Ми зазвичай сприймаємо квант більше, як апаратуру, наприклад, датчики та комп’ютери, тоді як ШІ базується більше на програмному забезпеченні – йому потрібна апаратура для роботи.
Поєднуючи їх, ми, можливо, отримаємо нову форму технології, яка буде потужнішою за все, що ми коли-небудь створювали… хоча слово “можливо” виконує серйозну роботу у цьому прогнозі, попереджає Браян Хопкінс, віце-президент та провідний аналітик у галузі нових технологій компанії Forrester.
“Потенціал є, але ще рано робити остаточні висновки,” говорить він.
“Початкові експерименти показують обіцянки, але свідчать про те, що нам потрібні набагато потужніші квантові комп’ютери та подальші інноваційні дослідження для ефективного застосування квантових ефектів у ШІ.”
Щодо їхньої цінності, обидві технології є вигідними. За оцінками наукової групи McKinsey, квантова галузь може коштувати до 97 мільярдів доларів до 2025 року.
Тим часом вартість ШІ прогнозується в трильйонах. Але обидві технології живуть під тінню гіпертехнологічності та спаду бульбашок.
“Раніше я вважав, що квантова обчислювальна техніка є найпереоціненою технологією, поки не з’явилася мода на ШІ,” жартує пан Хопкінс.
В середині жовтня аналітики попередили, що деякі ключові акції в галузі квантових технологій можуть впасти до 62%, в той час як обговорення можливого “бульбашкового” стану ШІ стає все більш гучним.
Квантові технології та ШІ мають ще один спільний аспект — помилки. Хоча ми зараз вже звикли до “галюцинацій” генеративних ШІ інструментів, квантові технології страждають від іншого типу помилок.
Вони викликані тим, що стан, в якому повинні функціонувати частинки, є неймовірно вразливим. Найменша зміна в навколишньому середовищі, включаючи світло і шум, може їх порушити.
Досить складно підтримувати таке середовище. Цього тижня Ілон Маск запропонував у Twitter, що квантові комп’ютери найкраще працюватимуть на “постійно затінених кратерах Місяця”.
Квантові комп’ютери зовсім не схожі на традиційні машини. Немає стандартного проекту, але вони на даний момент дуже великі.
Вони існують у лабораторіях, і найбільш поширений формат, здається, включає в себе форму, схожу на медузу.
Вони потребують надзвичайно низьких температур і лазерів. Це не те, що ви, напевно, маєте вдома, не кажучи вже про кишеню.
Крім того, вони виглядають досить розкішно – дослідники виявили, що використання синтетичних діамантів для створення кубітів, які є будівельними блоками квантових комп’ютерів, дозволяє їм працювати набагато ближче до кімнатної температури.
Розкішний ювелір De Beers має дочірню компанію під назвою Element 6, яка стверджує, що випустила перший у світі загальносистемний квантово-якісний діамант у 2020 році. І вона співпрацює з Amazon Web Services для оптимізації штучних діамантів для майбутніх мереж квантових машин.
Ці машини наразі перебувають на стадії раннього розвитку — за оцінками, в усьому світі існує близько 200 з них (хоча Китай не розкрив інформацію про кількість своїх).
Це не заважає експертам в галузі квантових технологій робити сміливі заяви про їх потенціал.
“Ми, як споживачі, відчуємо вплив квантових комп’ютерів у майже всіх аспектах нашого життя,” сказав Раджіб Хазра, керівник компанії Quantinuum, нещодавно оціненої в 10 мільярдів доларів. Він говорив на подкасті Tech Life BBC.
“Сфера квантових комп’ютерів є, на мою думку, такою ж величезною, якщо не більшою, ніж ШІ.”
Професор Сер Пітер Найт є одним з провідних квантових експертів Великобританії. “Речі, які можуть зайняти вік у всесвіті для обчислення, навіть на найпотужнішому суперкомп’ютері, можуть бути виконані, ймовірно, за секунди,” сказав він доктору Джиму Аль-Калелі у програмі BBC Radio 4 “Наукова Життєва.”
Отже, що ж саме можуть робити ці величезні, змінюючі життя технології, коли вони стануть готовими?
Як і в випадку з ШІ, багато досліджень у сфері квантових технологій спрямовані на покращення охорони здоров’я.
Квантові комп’ютери одного дня можуть здатись без особливих зусиль обробляти безкінечні комбінації молекул для створення нових ліків і медикаментів – процес, який наразі займає роки за допомогою класичних комп’ютерів.
Для порівняння, у грудні 2024 року Google анонсував новий квантовий чіп під назвою Willow, який, за його словами, може вирішити задачу за п’ять хвилин, яка зараз займає найшвидшим суперкомп’ютерам 10 септильйонів років – або 10,000,000,000,000,000,000,000,000 років.
Хазра зазначає, що це може прокласти шлях до персоналізованої медицини, коли замість отримання стандартного рецепту, ви отримаєте специфічний препарат, створений спеціально для вашого організму, що, ймовірно, буде найефективнішим для вас.
Це також стосується ширших хімічних процесів, таких як нові способи виробництва добрив більш ефективно, що, ймовірно, стане величезним поштовхом для глобальних фермерів.
Квантові датчики, які використовують принципи квантової механіки для надточних вимірювань, вже існують і знаходяться в атомних годинах.
У 2019 році вчені з Ноттінгемського університету вбудували їх у прототипний пристрій розміром з мотоциклетний шолом і використали в новій системі для проведення неінвазивних мозкових сканувань дітей із захворюваннями, такими як епілепсія.
“Фундаменти когніції людини закладаються в перші десятиліття життя, але завжди існували обмежені способи їх вивчення через обмеження технології сканування мозку,” сказав дослідник Райан Хілл на той час.
“Особливу проблему завжди становило рух та те, що великі традиційні стаціонарні сканери вимагали, щоб пацієнти залишались повністю нерухомими.
“Це не лише не дає точного зображення роботи мозку в природному середовищі, але також накладає суворі обмеження на те, кого можна сканувати, причому діти представляють найбільшу проблему.”
Минулого року вчені Імперського коледжу Лондона протестували альтернативу GPS-супутниковій навігації, названу “квантовим компасом”, на лінії метро міста.
GPS не працює під землею, але це працює – ідея полягає в тому, що воно може точніше відстежувати та встановлювати місцезнаходження об’єктів де завгодно в світі, або вище, або нижче землі, на відміну від GPS-сигналів, які можуть бути заблоковані, заблоковані або підпорядковані впливу погоди.
“В економіці Великобританії GPS приносить до 1 мільярда фунтів на день, позиціювання, навігація та час – це часто називають вимогою оборони – але всі наші фінансові транзакції потребують таймстемпа для підтвердження,” говорить доктор Майкл Катберт, директор Національного центру квантових обчислень Великобританії.
“Використання квантових годинників, гіроскопів і магнітометрів дозволяє нам створити стійкість до глушення та підробки наших життєво важливих навігаційних систем.”
Національна електрична мережа інвестує в дослідження квантових технологій, щоб перевірити, чи може це допомогти в тому, що звуть “вивантаженням навантаження”, – як максимально використовувати продуктивність тисяч генераторів з різних джерел енергії в режимі реального часу, щоб запобігти відключенням електрики.
А Airbus співпрацює з британською квантовою фірмою IonQ для тестування з квантовими алгоритмами, призначеними для більш ефективного завантаження вантажу на літаки. Літак може використати тисячі кілограмів додаткового пального, якщо його центр тяжіння зсунеться лише на невеликий відсоток.
До цього моменту – але також потрібно поговорити про секрети.
Широко вважається, що нинішні форми шифрування – це спосіб, яким ми зберігаємо як особисті дані, так і офіційні секрети – одного дня можуть бути зламані квантовою технологією, яка здатна обробити кожну можливу комбінацію за рекордний час, поки дані не стануть розкритими.
Відомо, що країни вже крадуть зашифровані дані одна в одної з думкою про те, щоб у майбутньому здобути можливість декодувати їх.
“Це називається “збирання зараз, декодування пізніше”, говорить професор Алан Вудвард, експерт з кібербезпеки з Університету Суррея.
“Теорія, як зламати нинішні форми публічного ключового шифрування, чекає на по-справжньому функціональний квантовий комп’ютер,” додає він.
“Загроза така висока, що вважається, що всім слід зараз впроваджувати квантово-стійке шифрування.”
Момент, коли такий комп’ютер стане реальністю, іноді називають Q-днем. Оцінки, коли це може статися, коливаються, але Браян Хопкінс з Forrester говорить, що це може статися невдовзі – приблизно в 2030 році.
Компанії, такі як Apple і платформа безпечних повідомлень Signal, вже випустили те, що вони вважають ключами для шифрування, стійкими до квантових атак, але їх не можна застосувати ретроспективно до наявних даних, зашифрованих традиційним способом.
І це вже проблема. У жовтні Даніель Шіу, колишній керівник криптографічних розробок GCHQ, Великобританії, сказав виданню Sunday Times, що “є ймовірність, що майже всі громадяни Великобританії вже піддалися компрометації даних” внаслідок атаки кібершпигунства, проведених Китаєм – із цією метою, щоб на момент, коли це стане можливим, дані змогли бути розкриті та проаналізовані.
