Что будет после компьютеров
Обновлено: 05.07.2024
К омпьютерные технологии неустанно развиваются. Обычные смартфоны теперь способны выполнять задачи, на решение которых в прошлом требовалась мощность огромных вычислительных машин. Впрочем, человечество стоит на пороге куда более масштабного технологического скачка. Он произойдет с появлением полноценного квантового компьютера. Всего за несколько минут он сможет решить задачу, на которую даже у самых мощных суперкомпьютеров уйдут десятилетия и даже столетия вычислений. Пока существуют только прототипы квантовых компьютеров, однако технологии с каждым годом совершенствуются. «Лента.ру» и Homo Science рассказывают, что такое квантовые технологии и каким образом они могут изменить мир.
Одним из первых о создании квантового компьютера заговорил американский физик Ричард Фейнман в 1982 году. По мысли ученого, такие машины способны моделировать сложные квантовые системы, например, атомы, что не по силам обычному, классическому компьютеру, которому для этого требуется колоссальный объем вычислительных ресурсов. Стало ясно, что квантовые компьютеры — хотя на тот момент не существовало даже их прототипов — способны на то, на что не способны даже мощнейшие суперкомпьютеры.
В 1996 году американский математик Лов Гровер предложил квантовый алгоритм решения задачи перебора, который теоретически способен ускорить поиск внутри гигантских баз неупорядоченных данных. Этот алгоритм был реализован в 1998 году с помощью компьютера, состоящего из двух кубитов на базе ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — того же самого явления, что стало основой для магнитно-резонансных томографов. Годом позже было показано, что ЯМР-компьютеры не имеют никакого преимущества перед обычными компьютерами, поскольку в них не реализуется особый феномен, называемый квантовой запутанностью.
Пока одни ученые искали алгоритмы, которые можно реализовать на квантовом компьютере, другие занимались физической реализацией квантовых вычислений. В 1995 году физики Сирак и Цоллер предложили ионную ловушку для создания кубитов, а в 1999 году японский физик Ясунобу Накамура продемонстрировал рабочий кубит на основе сверхпроводников.
Технологии стремительно развивались, и в 2009 году была опубликована работа, в которой исследователи использовали два запутанных фотона для вычисления энергии молекулы водорода, что слишком сложно для классических компьютеров. Это была первая демонстрация того, что квантовые вычисления способны привести к полезному результату.
Спустя десять лет, в 2019 году, Google объявила о достижении квантового превосходства: всего за 200 секунд их компьютер выполнил серию вычислений, на которую у суперкомпьютера ушло бы десять тысяч лет. А всего через год о достижении квантового превосходства сообщили китайские ученые: их компьютер на запутанных фотонах Jiuzhang за 200 секунд решил задачу, которая потребовала бы у самого мощного суперкомпьютера до 2,5 миллиардов лет вычислений.
Сейчас уже ведется работа по подготовке человеческого общества к появлению полноценных квантовых компьютеров: разрабатываются новые стандарты, создаются дорожные карты, стратегии выхода на рынок и сфера применения квантовых вычислений.
В России дорожная карта развития квантовых вычислений разработана совместными усилиями Росатома и Российского квантового центра.
На создание квантовых компьютеров и облачной платформы для доступа к ним планируется потратить 23,6 миллиарда рублей.
Квантовое превосходство — это свойство квантовых компьютеров решать задачи, которые не способны решить классические компьютеры за обозримый период времени. Сейчас ученые рассматривают это достижение больше как доказательство принципа, чем то, что может повлиять на будущую коммерческую жизнеспособность таких вычислений.
В России под эгидой Росатома создана Национальная квантовая лаборатория, куда вступили различные научные организации, включая Фонд «Сколково», Российский квантовый центр и профильные научные институты. Целью лаборатории является создание квантовых процессоров на базе сверхпроводников, холодных атомов, фотонов и ионов. К 2024 году планируется построить квантовые компьютеры, состоящие из 30-100 кубитов, в зависимости от используемой технологии.
Квантовое превосходство может быть временным и не исключает появления более эффективных алгоритмов, ускоряющих вычисления классическими компьютерами, поэтому любое заявление о достижении квантового превосходства вызывает скепсис у специалистов и подвергается тщательной проверке. Когда Google опубликовала результаты вычислений квантового процессора Sycamore, IBM заявила, что ее суперкомпьютер способен решить ту же задачу более точно и почти с той же скоростью — за два с половиной дня.
Страны вкладывают огромные суммы в развитие квантовой отрасли. Китай создал новый центр квантовых исследований (National Laboratory for Quantum Information Sciences) стоимостью 10 миллиардов долларов; Евросоюз разработал генеральный план развития квантовых технологий и планирует потратить на это около миллиарда евро; США, в соответствии с законом о национальной квантовой инициативе, выделили 1,2 миллиарда долларов на развитие проектов в этой области за пятилетний период. Однако для достижения полезной вычислительной производимости, вероятно, понадобятся машины, состоящие из сотен тысяч кубитов.
Классические компьютеры выполняют логические операции, используя биты — единицы информации, принимающие значение либо «0», либо «1». В квантовых вычислениях для этого используются кубиты, представляющие собой квантовое состояние объекта, например, фотона. До момента измерения квантовое состояние является неопределенным, то есть оно находится в суперпозиции двух возможных состояний — «0» или «1». Суперпозиция одного объекта может быть связана с суперпозициями других объектов, то есть можно сконструировать между ними логические отношения, подобные тем, что существуют на основе транзисторов в классических компьютерах. Однако квантовые системы трудно поддерживать в состоянии суперпозиции достаточно долго, поскольку квантовое состояние нарушается (система декогерирует) в результате взаимодействия с окружающей средой.
Чтобы добиться квантового превосходства, необходимо использовать явление, называемое квантовой запутанностью. Оно возникает в случае, когда две системы настолько сильно связаны, что получение информации об одной системе немедленно даст информацию о другой — вне зависимости от расстояния между этими системами.
Хартмут Невен, директор Google Quantum AI Labs предложил новое правило, которое предсказывает прогресс квантовых компьютеров в ближайшие 50 лет. Оно гласит, что мощность квантовых вычислений испытывает двукратный экспоненциальный рост по сравнению с обычными вычислениями. Если бы этому принципу подчинялись классические компьютеры, то ноутбуки и смартфоны появились бы в мире уже к 1975 году. Невен обосновывал свое правило тем, что ученые создают все более совершенные квантовые процессоры с большим количеством запутанных кубитов, и при этом процессоры сами по себе экспоненциально быстрее традиционных компьютеров.
Закон Невена, или, как его еще называют, закон Мура 2.0, прогнозирует, что по мере совершенствования квантовых микросхем вычисления будут становиться все быстрее и смогут решать проблемы, которые не под силу даже самым мощным суперкомпьютерам на планете. Это лишь вопрос количества доступных кубитов и снижения частоты ошибок, которые представляют основную проблему современных квантовых информационных систем. Если закон Невена себя оправдает, то в ближайшем будущем квантовые компьютеры покинут пределы университетских и исследовательских лабораторий и станут доступны для коммерческих и других приложений.
Все больше крупных компаний разрабатывают квантовые компьютеры, обеспечивая доступ к ним через облачные технологии. Заказчиками могут быть университеты, исследовательские институты, а также различные организации, которые заинтересованы в том, чтобы протестировать возможные сценарии использования таких вычислений. Рынок пока невелик: по оценкам Hyperion Research , в 2020 году он составил 320 миллионов долларов, однако его ежегодный рост составляет почти 25 процентов.
Специалисты Boston Consulting Group предсказывают, что к 2040 году рынок вырастет до 850 миллиардов долларов. Этот прогноз основан на уверенности, что уже в ближайшие годы мир получит оборудование, подходящее для решения коммерческих и общественных задач. Даже отсутствие готовых прототипов не мешает инвестициям в начинающие стартапы. Например, PsiQuantum привлек 665 миллионов долларов на создание квантовых компьютеров на базе запутанных фотонов.
В настоящее время усилия ученых сосредоточены на двух направлениях: создании универсальных квантовых компьютеров для широкого круга задач и специализированных квантовых вычислителях. Как правило, коммерчески доступные системы имеют небольшое количество кубитов, однако в них используются принципы квантовой механики, ускоряющие вычисления. Одним из главных игроков на этом рынке является компания D-Wave Systems, чьи устройства уже включают в себя пять тысяч кубитов. В 2020 году D-Wave начала предлагать коммерческий доступ через облако к специализированным квантовым компьютерам Advantage с пятью тысячами кубитов, которые пока пригодны для решения сложных оптимизационных задач.
IBM представила коммерчески доступный IBM Quantum System One, пригодный для решения более широкого круга задач, в том числе моделирования материалов для систем хранения энергии, оптимизации портфелей финансовых активов и улучшения параметров стабильности в инфраструктуре энергоснабжения. Исследователи также стремятся использовать квантовый компьютер для того, чтобы раздвинуть границы глубокого обучения. Пока ведутся исследования, связанные с проверкой концепции, то есть демонстрации осуществимости квантовых вычислений в интересующих специалистов областях.
Одна из наиболее перспективных областей, на которую могут повлиять квантовые вычисления, — разработка систем искусственного интеллекта (ИИ). ИИ имеет дело с огромными объемами данных, а неточности в обучении нейронных сетей приводят к значительным погрешностям. Квантовые компьютеры могут улучшить алгоритмы обучения и интерпретации. Предприниматель в области ИИ Гэри Фаулер считает, что большую роль играет способность квантовых компьютеров выходить за рамки привычного двоичного кодирования. Это влияет как на объем анализируемой информации, так и на обработку естественного языка.
ИИ на базе квантового компьютера будет способен глубоко понимать и анализировать текст и речь. Это касается и распознавания образов, то есть искусственный интеллект может научиться видеть предметы и понимать, что находится перед ним, с той же точностью, что человек, и даже лучше. Улучшенное распознавание образов позволит медицинским работникам быстрее диагностировать и лечить заболевания по снимкам МРТ.
Некоторые специалисты считают, что сильный ИИ невозможен без квантовых компьютеров. Современные суперкомпьютеры не обладают мощностью для моделирования человеческого мозга с химическими взаимодействиями между отдельными частями нервных клеток. Даже с учетом закона Мура такие компьютеры не появятся и через миллион лет, однако полноценный квантовый компьютер поможет решить эту проблему.
Считается, что постквантовая криптография, которая неподвластна квантовым компьютерам, остается неуязвимой даже для самых мощных систем. Специалисты уже работают над решением этой задачи, и NIST (Национальный институт стандартов и технологий, США) разрабатывает новые стандарты защиты информации, которые будут опубликованы в 2022 году. В то же время подобная криптография требует огромных ресурсов, поэтому квантовые компьютеры могут помочь защитить то, что они же делают уязвимым. Однако уже сейчас существуют прототипы защитных протоколов будущего, доступные для тестирования. Полный переход к ним может затянуться на 15-20 лет.
Квантовые компьютеры способны привести к резкому прорыву в открытии и разработке новых лекарств, давая ученым и врачам возможность решать задачи, которые невозможно решить сейчас. Специалисты швейцарской фармацевтической компании Roche надеются, что квантовое моделирование ускорит разработку вакцин для защиты от инфекций, подобных COVID-19, лекарств от гриппа, рака и даже болезни Альцгеймера. Квантовое моделирование может заменить лабораторные эксперименты, чем снизит стоимость исследований и сведет к минимуму потребности в тестировании препаратов с участием животных и людей.
Квантовые компьютеры потенциально могут ускорить создание новых катализаторов для утилизации СО2 из воздуха или отработанных газов, которые не только сократят выбросы, но и позволят получать ценные нефтехимические продукты.
С помощью «квантового отжига» можно рассчитать траекторию движения каждой частицы воздушного потока над новым типом крыла, что может привести к изобретению новых технологий в аэродинамике. Подобный принцип можно использовать для решения задач оптимизации трафика в городе или потока данных в сети.
Известный технологический инвестор Крис Диксон (на ранних стадиях вложившийся в Kickstarter, Pinterest, Foursquare, Skype, Behance, Uber, Buzzfeed, и ещё кучу известных всем продуктов) написал программный текст о будущем компьютеров.
Мы приводим рассуждения Криса о том, какую роль в грядущем будут играть умные автомобили, дроны и виртуальная реальность.
Компьютерная индустрия сильно скакнула вперёд на протяжении финансовой и продуктовой истории человечества. Финансовый период существования компьютеров характеризуется медленными шажками вплоть до мощного взлёта, который вскоре сменился падением, а падение в свою очередь заменил не менее импульсивный рост со своими «микро–колебаниями». Однако сегодняшние смелые концепты и воплощение невообразимых задумок показывают нам, что это лишь рассвет эры компьютерных технологий. По мнению Криса Диксона, компьютерные эпохи в среднем длятся 10–15 лет, о чём свидетельствует его иллюстрация.
Иллюстрация компьютерных эпох
За это время наше представление о компьютерной технике и всём, что с ней связано, расширилось и значительно изменилось. Новейшие технологические продукты усиливают взаимодействие между платформами и приложениями. Они включают в себя ещё более совершенное программное обеспечение, из которого произрастают новые платформы, развиваясь, словно по спирали.
Каждый период существования технологического продукта характеризуется двумя фазами: 1) созревание — период знакомства с платформой, с её высокой ценой, всеми вопиющими недоработками и/или трудностями использования и отсутствием понимания, для чего же она; 2) рост — период, когда продукт начинает решать поставленные проблемы, пробиваясь вперёд, «совершенствуясь» с каждой новой версией/обновлением.
Период созревания интернета пришёлся на 80–е и начало 90–х годов XX века, когда он представлял собой некий текстовый инструмент для правительственного и академического использования. Релиз браузера Mosaic в 1993 году перевёл интернет в фазу роста, вернее, приблизил интернет к её началу. Кстати, интернет находится в фазе активного роста и сегодня.
Рост числа интернет–пользователей
В 90–е появились первые «трубки», а в начале нулевых годов XXI столетия мы наблюдали подобие смартфонов типа Sidekick и Blackberry. Однако популярность смартфоны обрели позднее, в стадии роста (2007–2008) с релизом iPhone и ОС Android. С того момента смартфоны действительно «поднялись»: около двух миллиардов людей на сегодняшний день пользуются «умными телефонами». По прогнозам, к 2020 году смартфоны будут у 80% населения планеты.
Рост продаж смартфонов
Если модель 10–15 лет повторится вновь, то развитие компьютеров достигнет новой фазы в ближайшем будущем, то есть уже через несколько лет. Судя по этому сценарию, смартфоны пока — нечто новое для нас, и мы продолжаем активно знакомиться с технологией. Автор приводит ключевые особенности и тренды аппаратной и программной начинки:
Аппаратное обеспечение: компактное, дешёвое и повсеместное
В эру ЭВМ только большие организации могли позволить себе огромный компьютер. Микрокомпьютеры же стали на порядок дешевле, и маленькие организации были в состоянии купить себе такое средство вычисления. Персональный компьютер не требовал особых затрат, поэтому поставить его в офисе или дома не было роскошью.
Уменьшение габаритов компьютера
В настоящее время мы находимся на пороге эры дешёвых и маленьких процессоров и сенсоров. А значит, компьютеров может стать больше, чем людей. На это есть две причины. Первая — устойчивый рост полупроводников за прошедшие 50 лет (Закон Мура). Вторая — бешеный успех смартфонов ведёт к акцентированию на массовом производстве процессоров и сенсоров. Если вы разберёте современный беспилотник, VR–гарнитуру или устройство «интернета вещей», то вы обнаружите в основном детали смартфонов. В современный период полупроводников внимание сфокусировано на специальных чипах systems–on–a–chip, а не на CPU. Systems–on–a–chip используется в графических решениях, коммутационных сетях, работе с видео и т.д.
Квантовые вычисления — непредсказуемая технология, которая на сегодняшний день существует только в лабораториях. Однако в ближайших планах её применение в биологии и разработке искусственного интеллекта. Такой шаг стал бы сильным прогрессом в этих двух сферах.
Программное обеспечение: золотой век искусственного интеллекта (AI)
Количество вычислительных платформ сегодня огромно. Хоть сейчас они и находятся на стадии созревания, у них есть большой потенциал. Такие платформы одинаково отвечают и аппаратным, и программным требованиям. Разработаны и запакованы они по–разному, но имеют общую цель: дать нам новые возможности развития виртуального пространства и его продуктивного использования. Далее Крис вкратце говорит об этих новых платформах.
Автомобили. ИТ–гиганты наподобие Google, Apple, Uber и Tesla инвестируют значительные суммы в разработку беспилотных автомобилей. Полуавтоматические машины, типа Tesla Model S, давно продаются и улучшаются с каждым годом. Чтобы стать полностью беспилотными, машинам потребуется меньше пяти лет. Существуют тестовые образцы беспилотных машин, которые справляются с управлением не хуже людей. Разумеется, бета–тест и есть бета–тест, поэтому технология нуждается в существенной доработке, пока она не появилась в широком доступе.
Дроны. Дроны (ширпотреб) в основном начинены новейшим оборудованием, но относительно простой программной оболочкой. В ближайшем будущем мы увидим «летающие компьютеры» с AI, что cделает управление ими проще и безопаснее. Тренд на видеоизображение с различных локаций продолжает расти и находит применение в бизнесе. Например, дроны — отличные помощники в опасной работе высотников. Они снижают риски людей, работающих на высоте, и повышают их производительность за счёт точности.
«Машинное обучение — путь к переосмыслению всего, что мы делаем» — CEO Google Сундар Пичаи
Интернет вещей. Технология принесла экономию энергии, безопасность и удобство. Nest и Dropcam — наиболее популярные примеры первых двух упомянутых преимуществ. Удобство же предоставляет Echo от Amazon. Echo своей работой показывает преимущества голосового интерфейса. Пока у нас нет роботов–дворецких, однако продукт от Amazon в определённом смысле готовит к их появлению. В коммерции интернет вещей завоевал бы место в мониторинге промышленного оборудования.
Носимые гаджеты. Сегодня компьютер мы можем видеть даже на руке — в исполнении фитнес–трекера с батареей, разъёмом для подключения к ПК, процессором и т.д. Сегмент носимых гаджетов пока сфокусирован на узкой нише фитнеса. Однако если развивать производство этих устройств, то можно расширить диапазон сфер и приложений, где их можно было бы применить. Кстати, главным элементом интерфейса здесь могло бы стать голосовое управление.
Виртуальная реальность. 2016 год Крис называет годом VR из–за нескольких событий. Запуск Oculus Rift, HTC/Valve Vive (и, возможно, Sony Playstation VR) означают начало эры публичного использования технологии виртуальной реальности. У систем VR есть такая преграда, как «долина смерти». Для полноценной работы в виртуальном пространстве требуется соответсвующее оборудование: специальные экраны, мощные графические карты и трекеры. Однако улучшение качества изображения частично решает эту проблему в виртуальном пространстве. В 2016 году слово «присутствие» обретает двойной смысл: ведь присутствовать теперь можно и «по ту сторону экрана». VR–гарнитуры продолжают совершенствоваться и становятся всё более доступными. Пока в стадии разработки находятся следующие примочки: 1) новые инструменты для создания высококачественного VR–контента; 2) машинное зрение — для отслеживания и сканирования прямо с телефонов; 3) back–end системы для развёртывания и хранения широкомасштабных виртуальных пространств.
Дополненная реальность. Этой технологии требуется большая часть того, что уже есть в VR. Например, улучшенное машинное зрение с высоким откликом для совмещения виртуальных объектов с реальностью.
Что же будет дальше?
Возможно, что по заданному сценарию за 10–15 лет мы окончательно войдём в мобильную эру. И она не придёт на несколько лет, а укоренится. Мобильные технологии же будут развиваться динамичнее, чем компьютерные. Автор склоняется к тому, что придёт сразу несколько эпох: новый бум портативных мобильных устройств + расширение возможностей в разработке ПО. Многие технологии, которые 40–50 лет назад казались фантастикой, станут в ближайшем будущем обычным делом.
Наблюдатели отмечают неудобство таких устройств на «стадии созревания», как ПК в 70–е годы, интернет в 80–е и смартфоны в начале нулевых годов XXI века. Будущее ещё не здесь, но оно рядом: динамика рынков развивается с понятными взлётами и падениями, и это существенно тормозит многие процессы. Но вычислительная техника стремительно движется вперёд.
Источник
Наступила пост-PC эра, о чём мечтал Стив Джобс? Я думаю, что так оно и есть. Вы давно обновляли свой компьютер, а телефон? Готов поспорить, среди читателей сайта намного больше тех, кто покупал новый смартфон за последнее время, чем тех, кто заказывал себе новый комп.
Смартфоны убили компьютеры
Телефон нужен каждый день, с ним не расстаёмся с утра до самой ночи, возможностей даже среднего по мощности устройства хватает за глаза. Напечатать небольшой текст, отредактировать, добавить картинки и сверстать статью на сайт? Запросто. Можно оформить презентацию, найти информацию в интернете и подготовить нужные документы, отредактировать видеоролик или скачать музыку, фильмы, книжки. Можно и не перечислять, все и так знают.
Конечно, сидя за большим монитором, работать удобнее, но мир стал быстрее и мобильнее. Больше информации, больше данных, всё нужно сделать и везде успеть, зачем таскать с собой ноутбук, если для этого хватает телефона с большим экраном? Если взять планшет, например, iPad Air 2 и дополнить его клавиатурой, получаем ещё один удобный вариант универсального устройства. 2 приложения на одном экране, куча приложений для работы, при этом планшет весит намного меньше ноута, он дольше работает и берёт на себя львиную долю работы.
Какие варианты?
Я думаю, что падение продаж продолжится и дальше. Лет 15-20 назад компьютер был центром дома, но потом технологии стали дешеветь, простой системный блок стоил долларов 300, покупаем к нему монитор, мышку, клавиатуру, вот и всё, что нужно для погружения в интернет или работу. Ноутбуки тоже подешевели, бюджетные стоят долларов 300, а за $1000-1500 можно купить что-то универсальное, даже поиграть можно.
Чем компьютер 10-летней давности хуже современного, если не брать в расчёт развлечения? Разве что проблемы с 4К видео будут, но вы его часто смотрите? Думаю, что нет. А значит, если прикинуть все возможные сценарии использования устройств, нет и желания обновлять технику. Она работает, выполняет свои обязанности, зачем что-то менять и переделывать, копаясь в большой пыльной коробке с железяками под столом.
К слову, про игры. По сути, двигателем прогресса были игрушки с постоянно растущими требованиями к графике. Можно ещё вспомнить специфические ниши вроде монтажа видео или расчёты в сфере HPC, но это уже сугубо профильные занятия, не массовый сегмент.
Не знаю, как вы, а я однажды устал от этих бесконечных требований Windows к драйверам, необходимых обновлений и глюков в играх. Потом я ушёл в мир приставок, там всё легко и просто. Никаких апгрейдов, никаких лишних телодвижений, вопрос лишь в одном, где найти столько времени на развлечения? Но тем же путем пошли очень многие, связка ноутбук+приставка решает все вопросы с играми, это бюджетно, практично и долгосрочно.
Конечно, остаются фанаты игрушек на компьютерах, я и сам люблю посмотреть на этих игровых монстров с несколькими здоровенными видеокартами и блоком питания. Но игровые системы на фоне приставок смотрятся, как джип-внедорожник и паркетник. На одном можно в теории выехать месить грязь, но на практике этим мало кто занимается, а на относительно простой машине пределы асфальта редко кто покидает. Заехали в лес рядом с шоссе за грибами по осени, вот и все внедорожные приключения. Поэтому большинство выбирает удобство и комфорт, так и растёт спрос на консоли, а мир компьютеров затухает. Хорошо покупают игровые ноутбуки, но это слишком специфические, совсем не массовые, весьма дорогие устройства.
Говоря о развлечениях, не могу не упомянуть виртуальную реальность. Для VR-шлемов нужны мощные конфигурации компьютеров. Вроде как это должно стимулировать продажи среди обеспеченных поклонников технологий, но по факту происходит иначе. Люди не готовы раскошеливаться на дорогие устройства, кроме того, сами производители VR-шлемов стараются адаптировать разработки под относительно слабые системы, как показала недавняя презентация Oculus. Да и приставки поджимают, там всё проще, нет такого зоопарка конфигураций, как в игровом Windows-мире.
Мы стали другими
Нельзя забывать о том, что поменялся образ поведения людей. 20 лет назад не было соцсетей, а теперь мы окружены пабликами, группами и рассылками. Не надо искать информацию, она сама найдёт, её столько, что остаётся только скроллить странички, тыкать на ссылки, смотреть тексты и при желании оставлять комментарий. Мало кто старается придумать что-то своё, в большинстве своём люди читают, смотрят и делятся тем, что понравилось в соцсетях. Ну и зачем нужен компьютер, когда можно смотреть сайты или листать паблики с картинками, когда на это способен телефон или планшет?
Вы скажете, ну ок, 20 лет назад соцсетей не было, 10 лет назад появился Вконтакте, а продажи компьютеров падают всего 2 года, где тут связь? А она в том, что выросло поколение людей, которые не понимают, как можно было жить без электронного устройства в руке, оно всё подскажет и расскажет. Для всего хватает телефона, всё меньше желающих покупать лишние устройства.
Так всё-таки компьютеры никому не нужны?
Мы всё больше зависим от интернета, это уже и наркотик, и образ жизни, и помощник. Каждый находит для себя в нём то, что помогает каждый день. Таким же образом развиваются и системы, данные уходят в облака, по сути, всё упирается в качество связи и покрытие, а необходимость в мощных компьютерах пропадает сама по себе.
До сих пор, например, выпускают калькуляторы, хотя провести расчёты поможет встроенное приложение на Windows или macOS, можно купить прогу для смартфона или использовать стандартный софт от производителя. Но факт в том, что устройства по-прежнему живут, хотя казалось, кому они нужны, если всё то же самое может сделать телефон, который лежит в кармане.
Умрут ли компьютеры? В ближайшие 5-10 лет они никуда не денутся, надо же за чем-то работать. Но когда телефон сможет заменить громоздкую штуку, всё изменится. Lumia с отдельным блоком тому пример. Подключили всё, что нужно, и занимаемся делами. Пока концепция неудобная, но всё идёт в эту сторону.
Об этом рассказывает руководитель проектного офиса по квантовым технологиям госкорпорации "Росатом" и глава недавно созданной в России Национальной квантовой лаборатории Р. Юнусов.
- Руслан Рауфович, сейчас в мире происходит гонка, которую большинство ученых сравнивает с послевоенными "атомной", "космической" и "лунной" гонками. При этом миллионы людей о ней даже не догадываются. Потому, что речь идет о "квантовой" гонке, а квантовый мир - самая серьезная и фундаментальная область физики, и посвящены в нее немногие. Кто первый создаст универсальный компьютер на квантах - это сейчас вопрос вопросов. 10 самых продвинутых научных центров в США, Китае, Германии, Японии стремятся обогнать друг друга в конструировании, по сути, холодильника высотою 2 метра, внутри которого расположен один-единственный чип размером с ноготь. При этом одни ученые, среди которых немало нобелевских лауреатов, утверждают, что с помощью КК мы вполне способны разгадать большинство тайн мироздания, а другие уверяют, что потолок КК - это расшифровка любой засекреченной информации и создание любых, самых сложных и чудотворных лекарств. Где правда?
- Я однозначно отношу себя к первой группе. Компьютер, использующий в работе законы квантового мира, а они совсем не такие, как в окружающей нас действительности: там все мизерное, кругом лишь атомы, фотоны, ионы - кванты, одним словом - так вот подобный компьютер нам стопроцентно расскажет, кто мы такие во Вселенной, откуда появились, как была создана она сама.
- Вот это вряд ли. Я, будучи студентом, наткнулся однажды на любопытный фантастический рассказ. В нем люди придумали совершенный искусственный разум, и оператор с надеждой спрашивает его: "Есть ли Бог?" Разум отвечает: "Теперь есть". После чего оператор сгорает в электрическом разряде.
Все-таки как была создана Вселенная и кем она была создана - вопросы разного порядка. На первый ответить можно, на второй вряд ли. Он, мне кажется, так и останется лишь вопросом веры.
Биты - убиты
- А вы можете объяснить для профана-гуманитария - в чем главное отличие квантового компьютера от обычного. На пальцах, что называется. Я постараюсь напрячь мозг.
- Давайте попробуем (улыбается). В обычном компьютере вся информация зашифрована в битах. 1 бит - 1 единица информации. А биты, в свою очередь, состоят из одних только нулей и единичек. Все, что содержится в вашем планшете, смартфоне, ноутбуке, тексты, фото, картинки - все зашифровано с помощью единиц и нулей. Которые - внимание! - могут составлять одномоментно лишь одно состояние, пусть даже и сложное. Для 10 битов, например, 1001101010.
В КК вся информация зашифрована в кубитах (к слову "биты" просто добавлена приставка "ку" - от английского слова quantum, что означает "квант"). В роли этих кубитов могут выступать или атомы редкоземельных металлов итербия, тулия, или частицы света фотоны, или ионы - заряженные атомы, "потерявшие" или, наоборот, "приобретшие" один или несколько электронов. Или просто электрические цепи в сверхпроводниках.
Все эти атомы или фотоны в квантовом мире могут быть там и тут одновременно. И единицей, и нулем. Это называется суперпозицией. Обычный компьютер оперирует только одним состоянием. А квантовый. У него возможных состояний 2 в той степени, сколько заложено в нем кубитов. Если кубитов 10, то он одновременно в 1024 состояниях, а если всего лишь 300, то 2 в 300-й степени - это больше, чем атомов во всей Вселенной, можете себе такое представить? КК "соображает" сразу на всех уровнях. Параллельно. Поэтому он всегда будет на голову выше любого обычного компьютера, пусть даже и с приставкой "супер". Можно и дальше углубляться в странные законы квантового мира, например, для КК нужна еще и квантовая запутанность. Слышали про такое?
- Ну, кто ж не знает про квантовую запутанность. Кстати, не так давно ученые из Шанхайского университета представили КК "Цзючжан", который, как они заявили, является на сегодняшний день самым мощным квантовым компьютером. Во время демонстрации он всего за несколько минут решил задачу по отбору проб гауссовских бозонов. Это я цитирую информационное агентство, не пугайтесь моей грамотности. С подобной задачей самый мощный современный суперкомпьютер справился бы только за 2,5 миллиарда лет. Получается - КК уже создан, гонка завершилась?
Именно компьютер на квантах нам расскажет, кто мы такие во Вселенной и как была создана она сама- Что вы, только начинается. Китайский продукт - это не полноценный, не универсальный квантовый компьютер. Он так называемый симулятор, который предназначен лишь для демонстрации "квантового превосходства". Другими словами, "Цзючжан" делает на публике то, чего никогда не сможет сделать обычный суперкомпьютер, пусть даже с миллионами ядер. В прошлом году, кстати, Google представила свой прототип КК - Sycamore. Китайские ученые сообщили, что скорость вычислений их КК в 10 миллиардов раз выше, чем гугловского. Но последний уже программируется, то есть может решать разные задачи, а китайский нет. Что, конечно, никак не умаляет заслуг шанхайских ученых. К слову, один из руководителей программы, профессор Лю Чаоян сказал, что создание КК - это гонка не между странами, а между человечеством и природой. Очень точное замечание.
Атомный "выстрел"
- А мы на каком месте с хвоста этой гонки?
- Ну, зачем так. В России есть программа, на которую выделено 24 миллиарда рублей. Через три года мы должны создать 100-кубитный прототип квантового компьютера, а также разработать софт и алгоритмы. Задача, конечно, грандиозная. Но выполнимая.
- Вы это серьезно?
- Абсолютно. Иначе бы я просто не руководил "квантовой" программой. Мы уже полным ходом работаем на всех четырех платформах - с атомами, охлажденными почти до абсолютного нуля, ионами, которые захватывают в ловушки лазеры, фотонами, со сверхпроводниками. Что в конце концов "выстрелит", на какой основе будет создан в будущем КК - в мире не знает никто. Поэтому все работают по нескольким направлениям. Китайцы сильны в оптике и сверхпроводниках, американцы - в сверхпроводниках, атомах и ионах, европейцы в атомах и ионах. Наша задача - встать в число лидеров. Начать тоже что-то создавать первыми в области квантовых вычислений. И это нам по силам. Мозги-то в России еще остались, уверяю вас. Знаете, как в теоретической физике ученые шутят? Если на пути исследования встретилась проблема - поройся в книгах русских физиков, они, скорее всего, уже решили ее лет 40 назад.
Чаша Грааля
- Известный итальянский ученый Томмазо Каларко, с которым сотрудничает ваша лаборатория, заявил, что никто в мире до сих пор не знает, как построить универсальный КК. Мы, дескать, даже не можем нормально транспортировать атомы. Руководитель квантовой лаборатории в США, в Гарварде, Михаил Лукин, выпускник, кстати, нашего Физтеха, и профессор Кристофер Монро из университета Мэриленда, напротив, уверены, что он появится в ближайшие 10 лет. Ваш прогноз?
- В ближайшие три года будут созданы прототипы КК, перешагнувшие рубеж в тысячу кубит. Тысячные кубитники намереваются сделать тот же Миша Лукин на "холодных" атомах, Кристофер Монро на ионах, француз Антуан Брауэрс на атомах, компания IBM на сверхпроводниках. Ориентировочно к 2030 г. использовать квантовый компьютер станет экономически выгодно. К этому времени появится и универсальный КК, и мощные квантовые симуляторы. Они будут применяться при разработке вакцин от большинства тяжелых болезней, того же рака, например, а также для создания уникальных материалов с новыми, фантастическими по сегодняшним меркам характеристиками. Это кардинально изменит транспорт, всю нашу жизнь. Если уходить от прогнозов к совсем фантастической футурологии, то когда-нибудь с помощью КК мы поймем, как устроена наша Вселенная и создадим модель новой Вселенной, нового мира. А заодно и новых людей. Вот тут и начнется самое интересное. (смеется).
- Сделаем такие же атомы с ножками, как мы сами. И с большими амбициями, что нехарактерно для атомов, поэтому экзамен на цивилизацию они тоже не пройдут. А можете поделиться своими соображениями по поводу модели Вселенной, загодя, так сказать? Вы же, наверняка, не раз об этом думали.
- Мне кажется, что мы вполне можем существовать в матрице. Эта теория очень хорошо согласуется и с нашей реальностью, и с законами квантового мира. Но так ли это, нам, вполне возможно, расскажет именно квантовый компьютер.
- То есть наш мозг додуматься до модели не в состоянии. Слабоват. Хотя многие ученые считают его чуть ли не самым загадочным объектом в той же Вселенной.
- Видите ли, человеческий мозг изначально не создавался для научных открытий. Его задачей было наладить коммуникацию в социальном обществе - с остальными нашими прародителями, человекообразными обезьянами и т.д. Все гениальные идеи, невероятный креатив, талантливые творческие произведения - для мозга всего лишь побочные явления. Поэтому-то мы и пришли к неизбежности создания КК. Знаете закон Мура, одного из основателей Intel? Что каждые 18 месяцев производительность компьютеров удваивается. То есть за последние 50 лет эта производительность увеличилась в миллиард раз. Транзисторы уже стали размером порядка 10 нанометров, это примерно в 10 раз меньше диаметра частицы коронавируса. Дальше уже фундаментальный предел. А человечеству для разных нужд нужны еще более мощные машины. Что делать? Всю Землю обложить процессорами? Но и тогда мы не получим требуемой скорости вычислений. А КК масштабируется очень быстро, уже со ста кубитами он недостижим для настоящих и будущих суперкомпьютеров.
- Другими словами, КК - это что-то вроде чаши Грааля для современной науки и нашей будущей жизни.
Бег за лидерами
- Конкуренция в "квантовом" мире жесткая или жестокая?
- Скажу так: в лоб тяжело, конечно, конкурировать. Например, Китай сейчас собирается потратить на очередной квантовый центр 11 миллиардов долларов. Германия, Япония, не говорю уж о США, тоже тратят гигантские суммы на развитие квантовых технологий. У нас экономика всего 2 процента от мировой, поэтому позволить себе суммы, как в Китае или США, мы просто не в состоянии. Однако программа по созданию КК у нас тоже запущена. Мы догоняем всех. Бежим за лидерами и стараемся не отстать от основной группы.
- Честно? Как создать 100-кубитный прототип квантового компьютера к 2024 году - мы понимаем. А вот как выйти в лидеры в этой области - пока нет.
- Канадская фирма D-Wave объявила недавно, что любой желающий может купить ее квантовый компьютер за 15 миллионов долларов. Может, вам стоит прицениться, надо же с чего-то начинать.
- Прицениваться не к чему (улыбается). Это опять-таки не компьютер, а симулятор. Хотя, не спорю, какие-то квантовые эффекты в его работе есть. Но о чем это говорит? Гонка ускоряется, и бежать нам надо, как у Высоцкого "Я на десять тыщ рванул, как на пятьсот. "
Читайте также: