Правительства десятков стран и корпорации нанимают выдающихся ученых при финансовой поддержке в миллионы долларов для разработки передовой технологии, которая кардинально изменит мир. Кажется, что это сюжет какого-то голливудского фильма, но это наша жизнь прямо сейчас — речь про универсальный квантовый компьютер. Дмитрий Васильков, основатель и CEO QuSolve, рассказывает о том, почему это самая желанная технология и как ее можно использовать в любой сфере, где есть планирование.
Святой грааль науки
Именно такой ажиотаж сейчас вокруг квантовых вычислений. Тот, кто первый сможет разработать устойчивый квантовый компьютер, сорвет большой куш. Криптография и взлом данных, поиск новых материалов и лекарств, оптимизация, оценка рисков, — решения этих задач компьютер найдет практически мгновенно. Многих это пугает, и не зря: все наши данные и сбережения окажутся под угрозой. Это может привести к мировой катастрофе, которую уже назвали «квантовым апокалипсисом».
Но пока мощность квантовых компьютеров слишком мала, устройства могут только показывать возможность решения задач, а не решать их. Для взлома криптографического алгоритма с открытым ключом RSA (аббревиатура от фамилии создателей) нужно около 20 млн кубитов. Кубит — это квантовый аналог бита, который может принимать не только значения 0 и 1, но и обе эти позиции одновременно. В мире науки это называют суперпозицией, и именно эта особенность позволяет находить ответ быстрее, но создать ее непросто.
Например, Google планирует выпустить квантовый компьютер с 1 млн кубитов только в 2029 году, а в современных квантовых компьютерах есть максимум сотня кубитов. Чем их больше — тем сложнее их напрямую соединять. К тому же современные кубиты нестабильны и со временем теряют квантовое состояние, а результаты вычислений содержат большое количество ошибок. Эти факторы сильно замедляют создание квантового компьютера.
«Квантовая» польза здесь и сейчас
Математики и физики, не дожидаясь дня Q, научились применять преимущества квантовых вычислений на классическом компьютере. Квантово-вдохновленные алгоритмы находят решения в приемлемые сроки. При этом лучшие современные алгоритмы уже находят их на 95–99% приближенные к оптимальным. Устройства помогают рассчитывать оптимальный маршрут для космических аппаратов, с помощью них разрабатывают новые лекарства и материалы.
Расположение ветряных электростанций, нефтяных скважин и станций скорой помощи также оптимизируют при помощи квантово-вдохновленных алгоритмов. И это можно сделать с любым расписанием — например, поездов или отпусков. Конечно, иногда план отпусков в маленькой компании можно сделать и вручную. Но если переменных и ограничивающих факторов слишком много, то выполнить подобную работу при помощи простого перебора невозможно: поиск ответа займет десятилетия. Выход до изобретения квантово-вдохновленных алгоритмов был один — намеренно отказаться от учета нескольких показателей. Конечно, это влияло на качество и эффективность решения.
Оптимизируй это
Чтобы использовать алгоритм, нужен специальный программно-аппаратный комплекс. Его называют решатель или солвер. Он используется для решения оптимизационных задач, когда надо рассмотреть миллионы комбинаций. Солвер позволяет учесть все ограничения, а его работа не зависит от предметной области, для которой решается задача. Решатель работает по единому логическому сценарию, используя вектор переменных и матрицу ограничений.
Солверы делятся на два типа. Первый — специализированный, к нему относится платформа Яндекс.Маршрутизация. Она решает проблемы логистики и выбора оптимального маршрута с учетом пробок, светофоров и ремонта дорог. Второй — промышленные или универсальные солверы, такие, как Fixstars или IBM CPLEX. Они решают оптимизационные задачи с большим количеством переменных и ограничений. Их используют для поиска новых материалов или составления графика производства. Универсальный солвер — это передовая технология в области оптимизации.
В России пока нет своих универсальных солверов. Все предприятия пользуются японскими или американскими программно-аппаратными комплексами. А для того, чтобы настроить под себя квантово-вдохновленные алгоритмы и контролировать весь процесс вычислений, нужно иметь доступ к внутреннему коду солвера. Поэтому наш приоритет сейчас — разработка универсального солвера в России.
Потребность в солверах
До дня Q, когда появятся настоящие квантовые компьютеры, человечеству еще далеко. Но компании из разных сфер и стран уже применяют и внедряют квантовые технологии. Неудивительно, что оптимизация нужна везде, где есть планирование и последовательность, ведь это помогает экономить бюджеты, ресурсы и сокращает время работы.
Читать далее:
Ученые сняли на видео странное существо с щупальцами, которое приняли за цветок
Сверхзвуковой самолет будет летать со скоростью 2 000 км/ч и пересечет океан за 3,5 часа
Создан квантовый компьютер, который «вышел за пределы двоичной системы»