Obliczenia kwantowe sprowadzają się do biznesu

Badania kwantowe oznaczają dziś wielki biznes. Obliczenia kwantowe, które kiedyś uważano za ciekawostkę naukową, obiecują obecnie przekształcenie wielu aspektów życia codziennego, od cyberbezpieczeństwa po opracowywanie leków i prognozowanie pogody. W ostatnich latach prace związane z obliczeniami kwantowymi zaczęły przenosić się z uniwersytetów do korporacyjnych laboratoriów badawczych, a do wyścigu o komercjalizację technologii kwantowych włączają się duże międzynarodowe koncerny, start-upy i inwestorzy wysokiego ryzyka. Jednak pomimo wszystkich ogłoszeń i szumu dotyczącego rekordowych funduszy niektórzy ostrzegają, że sprzyja to „bańce kwantowej”, która może wkrótce pęknąć. 

Sercem i duszą komputera kwantowego są bity kwantowe, czyli kubity. Różnią się one od standardowych bitów komputerowych, które mogą mieć wartość 0 lub 1. Z drugiej strony, kubity mogą mieć obie wartości. Korzystanie z tej funkcji w przypadku złożonych problemów obliczeniowych oznacza, że ​​możliwe będzie obliczanie rozwiązań znacznie szybciej niż dzisiejsze najszybsze komputery poprzez skalowanie obliczeń w celu wykonywania obliczeń z wieloma kubitami, co skutkuje wykładniczym wzrostem mocy obliczeniowej. Kubity mogą być wykonane z różnych platform sprzętowych, takich jak kubity nadprzewodzące lub uwięzione jony. Inne nadchodzące metody to fotoniczne procesory kwantowe, które zamiast tego wykorzystują światło.

Eksperci twierdzą, że prawdziwej „przewagi kwantowej” można spodziewać się dopiero wtedy, gdy komputery kwantowe będą operować milionem kubitów. A przy obecnym rekordzie wciąż poniżej 100 kubitów jest jeszcze sporo do zrobienia. Jednak tym, co najbardziej utrudnia postęp, jest dekoherencja samych kubitów. Aby tego uniknąć, zwykle muszą pracować w temperaturze bliskiej 0 K i być ekranowane od siebie i otoczenia. Z naukowego punktu widzenia nic nie stoi jednak na przeszkodzie tworzeniu wielkoskalowych komputerów kwantowych, istnieje jednak kilka trudnych problemów inżynieryjnych do rozwiązania. 

Części z tych wyzwań odpowiadają ogromne programy rządowe. W USA rząd inwestuje w ten projekt 1.2 miliarda dolarów Program Narodowej Inicjatywy Kwantowej skierowanego zarówno do środowisk akademickich, jak i sektora prywatnego, podczas gdy rząd Wielkiej Brytanii zbliża się do końca swojego 10-letniego programu finansowania o wartości 1 miliarda funtów Narodowy Program Technologii Kwantowych, które rozpoczęło się w 2013 r. Tymczasem Holandia przekazała w ubiegłym roku 615 mln euro na rzecz organizacji parasolowej Delta kwantowa NL wspieranie rozwoju technologii kwantowych. Wszystko to pozostaje jednak w cieniu szacunkowego finansowania krajowego programu Chin na poziomie 10 miliardów dolarów. 

Od dużej technologii po małą technologię

Obliczenia kwantowe są obecnie zdominowane przez gigantów technologicznych, takich jak IBM, Amazon, Hewlett Packard, Honeywell, Google i Microsoft, a niektórzy z nich intensywnie inwestują w inicjatywy kwantowe. Google ma 53-kubitowy procesor kwantowy o nazwie Sycamore, natomiast IBM ujawnił plany wyprodukowania pod koniec tego roku chipa o wielkości 433 kubitów i w 1121 r. chipu o wielkości 2023 kubitów. Urządzenia kwantowe IBM zostały już udostępnione do użytku przez ponad 200,000 XNUMX klientów za pośrednictwem usługę opartą na chmurze.

Rzeczywiście wiele dużych korporacji bada zastosowania kwantowe. Goldman Sachs opracowuje algorytmy optymalizacji kwantowej w celu wyceny aktywów w oparciu o nieodłączne ryzyko związane na przykład z różnymi opcjami lub akcjami. Mówi, że operacje finansowe mogą już w ciągu najbliższych pięciu lat skorzystać na komputerach kwantowych. Tymczasem producent samochodów Daimler bada, w jaki sposób komputery kwantowe mogą symulować nowe materiały na potrzeby opracowywania wydajniejszych i tańszych akumulatorów samochodowych. Bank HSBC ogłosił w kwietniu ubiegłego roku partnerstwo z IBM w celu zbadania potencjału obliczeń kwantowych w bankowości.

W grze biorą udział nie tylko najwięksi gracze. Od kilku lat liczba start-upów wykorzystujących technologię kwantową rośnie – według najnowszych szacunków z 265 r. Raport obliczeń kwantowych. A niektórzy robią duże kroki do przodu. Amerykański start-up ColdQuanta uruchomił w tym roku 100-kubitowy procesor oparty na zimnych atomach i ma nadzieję na modernizację do 1000 kubitów w ciągu najbliższych trzech lat. Inna amerykańska firma – IonQ – była pierwszym start-upem kwantowym, który w zeszłym roku rozpoczął notowania publiczne na nowojorskiej giełdzie, co pozwoliło jej pozyskać znacznie ponad 600 mln dolarów finansowania inwestycyjnego. Inną znaczącą transakcją jest spółka PsiQuantum, która w tym roku pozyskała kwotę 450 mln dolarów w oparciu o obietnicę zbudowania do 2025 r. pełnowymiarowego komputera kwantowego opartego na fotonice. 

Biorąc pod uwagę, że potencjał technologii kwantowej opiera się na solidnych podstawach naukowych, pytanie nie brzmi, czy tak się stanie, ale kiedy

Freeke’a Heijmana

Start-upy oparte na technologiach kwantowych cieszą się także zainteresowaniem inwestorów venture capital. Jest to nieco sprzeczne z intuicją, ponieważ inwestorzy kapitału wysokiego ryzyka zazwyczaj stawiają na „bezpieczne konie”, co nie ma miejsca w przypadku produktów komercyjnych, które mają pojawić się na rynku za mniej więcej dziesięć lat. Niemniej jednak według firmy konsultingowej McKinsey kapitał wysokiego ryzyka i inny kapitał prywatny stanowią obecnie ponad 70% inwestycji w technologię kwantową. I choć w 93.5 r. zainwestowano zaledwie 2015 mln dolarów, w 2021 r. liczba ta wzrosła do oszałamiających 3.2 mld dolarów. 

Niebezpieczeństwo tych wszystkich inwestycji polega na tym, że prowadzą one do bańki cenowej, ale niektórym, przynajmniej na razie, to nie przeszkadza. „Nie sądzę, że nastąpi ogólny krach inwestycyjny, ponieważ w ciągu najbliższych kilku lat będziemy świadkami ogłaszania sukcesów i organizacji wykorzystujących obliczenia kwantowe do rzeczywistych zastosowań komercyjnych lub naukowych” – mówi Doug Finke, który prowadzi Raport obliczeń kwantowych. 

Freeke Heijman, dyrektor ds. rozwoju ekosystemów w Quantum Delta NL, dodaje, że odrobina szumu niekoniecznie jest zła, ponieważ pomoże zachęcić ludzi do zainteresowania się technologiami kwantowymi. „Biorąc pod uwagę solidne podstawy naukowe leżące u podstaw potencjału technologii kwantowej, pytanie nie brzmi, czy to nastąpi, ale kiedy” – dodaje.