Didelės talpos ir stabilūs kvantiniai kompiuteriai būtų labai naudingi. Pasinaudodami intuicijai prieštaraujančiomis kvantinės mechanikos savybėmis tam tikrus skaičiavimus (nors ir ne visus) jie galėtų atlikti greičiau už bet kokį nekvantinį prietaisą.
Pirma, jie tikriausiai kur kas greičiau negu klasikiniai kompiuteriai galėtų įvykdyti paprastą, tačiau tūkstančiams skirtingų užduočių reikalingą veiksmą – atlikti paiešką duomenų bazėje. Greičiau jie galėtų atlikti ir konkretesnes užduotis. Nekvantiniai kompiuteriai tiksliai simuliuoti gali tik pačias paprasčiausias chemines reakcijas, o visos kitos reakcijos matematiškai jiems pernelyg sudėtingos – nesvarbu, koks galingas kompiuteris. O kvantinis kompiuteris tokią užduotį atlikti galėtų, todėl būtų galima lengviau kurti vaistus, katalizatorius ir baterijas. Kvantiniai kompiuteriai taip pat padėtų greičiau atlikti optimizacijos analizes – t. y., rasti geriausią metodą derinti daugybę kintamųjų siekiant tam tikro rezultato. Tai būtų nepaprastai naudinga tiek transporto pramonei (būtų galima rasti greičiausius maršrutus), tiek finansų sričiai (būtų galima rasti būdą atsižvelgiant į apribojimus gauti daugiausiai pelno). Vadybos konsultacijų įmonė „Boston Consulting Group“ (BCG) prognozuoja, kad iki 2050 m. kvantiniai kompiuteriai jų naudotojų veiklos pajamas galėtų padidinti nuo 450 iki 850 mlrd. dolerių per metus.
Deja, didelės talpos ir stabilūs kvantiniai kompiuteriai dar neegzistuoja. Tačiau jau yra mažos talpos, įnoringi ir nestabilūs kvantiniai kompiuteriai. Kalifornijos technologijų instituto kvantinės kompiuterijos tyrėjas Johnas Preskillas tokius prietaisus vadina NISQ (Noisy, Intermediate-Scale Quantum computers – netiksliais vidutinės talpos kvantiniais kompiuteriais). Kai kurie NISQ kompiuterius laiko pirmuoju žingsniu link didesnės talpos ir stabilesnių kompiuterių – tokio tikslo siekia ir jų vystytojai. Tačiau vis daugiau įmonių ir investuotojų tikisi, kad naudingų užduočių bus galima atlikti ir su pačiais NISQ. Šios įmonės siekia „kvantinio pranašumo“ – būdo, kaip riboti dabartiniai kvantiniai kompiuteriai galėtų padidinti jų arba jų klientų pelną.
Težydi šimtas gėlių
Beveik visą kvantinių kompiuterių srities istoriją jų tyrimus rėmė vyriausybės arba didelės informacinės ar technologijų įmonės. Tačiau dabar sritimi vis labiau domisi ir rizikos kapitalo pramonė. Siatle įsikūrusios tyrimų įmonės „PitchBook“ duomenimis, rizikos kapitalo įmonės šiais metais į kvantinius kompiuterius investavo 495 mln. dolerių – beveik dvigubai daugiau, negu iš viso investuota praeitais metais. Daugybė startuolių varžosi su jau įsitvirtinusiomis technologijų milžinėmis. O rinkoje gerai žinomos įmonės, tokios kaip automobilių gamintoja „Daimler“ ir „Goldman Sachs“ bankas pradėjo eksperimentuoti su pramonės produktais tikėdamosi, kad jei pavyks juos įvaldyti, įgaus pranašumą prieš varžoves.
Daugelis investicijų skiriama aparatinės įrangos gamybai. Šią naują pramonę tiriančios įmonės „Quantum Computing Report“ kompiuterių inžinierius Dougas Finke teigia, jog jam žinomos 87 didelės ir mažos kvantinius kompiuterius kuriančios organizacijos. Klasikinių kompiuterių gamybos srityje nuo aštuntojo dešimtmečio sutariama, kad geriausiai kompiuterio veiklai tinka silicio tranzistoriai, tačiau kaip geriausia gaminti kvantinius kompiuterius, bendro sutarimo dar nėra. 84 mln. dolerių investicijų surinkusi Merilando įmonė „IonQ“ skaičiavimams atlikti naudoja sukauptus iterbio jonus, kuriais manipuliuojama lazeriu. Kalifornijos įmonė „Rigetti Computing“, kuri anksčiau šį mėnesį paskelbė, kad kurs kvantinį kompiuterį Jungtinės Karalystės vyriausybei, naudoja mikrobangas, kurios kontroliuoja per superlaidžias grandines skriejančias elektronų poras. Nors ji ir ne startuolis, įmonė „Microsoft“ kuria „topologinį“ kvantinį kompiuterį, kurio veikimas grįstas itin šaltų elektronų sąveikomis.
Viena itin gausiai finansuojama nauja įmonė – tai „PsiQuantum“, kurios kompiuterių veikimas grįstas įprastuose silicio lustuose įrėžtuose bangolaidžiuose keliaujančiais fotonais. Įmonė tikisi praleisti NISQ etapą ir maždaug po penkerių metų sukurti tikrą kvantinį kompiuterį – nors ekspertai mano, kad šiam tikslui įgyvendinti prireiks kur kas daugiau laiko. „PsiQuantum“ 2015 m. įkūrė Jungtinės Karalystės Imperatoriškojo koledžo ir Bristolio universiteto tyrėjai. Iki šiol įmonė pritraukė 215 mln. dolerių investicijų iš tokių įmonių kaip „BlackRock“ bei JAV rizikos kapitalo įmonės „Founders Fund“, kuri viena pirmųjų investavo į „SpaceX“ ir „Facebook“. Vienas iš „PsiQuantum“ įkūrėjų Jeremy O’Brienas teigia, kad bendradarbiaujant su didele lustų gamybos įmone „GlobalFoundries“ jau kuriamos kvantinių kompiuterių lustų plokštelės.
Tradicijos ir praktika
Tuo tarpu kitos įmonės stengiasi sukurti lengviau valdomus kvantinius kompiuterius. Australijos startuolis Q‑CTRL jau pritraukė „dešimtis milijonų“ dolerių investicijų iš tokių įmonių kaip „Sequoia Capital“ ir „In‑Q‑Tel“ (kuri investuoja JAV žvalgybos agentūrų vardu). „Mes gaminame vadinamąją „įmontuotąją programinę įrangą“ (quantum firmware)“, – paaiškina vienas įmonės įkūrėjų Michaelas Biercukas. Tai – žemiausia programinės įrangos grandis, atsakinga už tiesioginę kompiuterio aparatinės įrangos kontrolę.
Iš dalies su NISQ taip sunku dirbti todėl, kad jų veikla grįsta delikačiomis kvantinėmis būsenomis, kurios pasibaigia per sekundės dalelytę, todėl skaičiavimus taip pat reikia atlikti per tokį laiko tarpą. Be to, dėl netobulos gamybos kai kuriose kvantinio lusto dalyse padaroma gerokai daugiau klaidų negu kitose – o tokios klaidos tarp pavienių lustų kartojasi nenuspėjama tvarka. Pasak dr. M. Biercuko, šias problemas galima sušvelninti kruopščiai kontroliuojant kompiuterio aparatinę įrangą. Kad tai padarytų, Q‑CTRL inžinieriai pasinaudojo mašinų mokymusi ir ėmė gerinti aparatinės įrangos kontrolės veiksmus, kuriuos iš pradžių kuria žmonės. Dr. M. Biercuko nuomone, taikant tokį metodą klaidų skaičių ir skirtumus tarp pavienių lustų galima sumažinti iki 90 proc.
Pagaminus prietaisą ir užtikrinus, kad jis veiks kaip įmanoma geriau, kitas žingsnis – atiduoti jį į galimų klientų rankas. Lengviausia tai padaryti pasiūlant susidomėjusiems vartotojams prisijungti prie interneto ir paeksperimentuoti. 2017 m. įkurta IMB „Q Network“ teikia debesijos kompiuterijos paslaugas, suteikiančias klientams galimybę naudoti įmonės kvantinius kompiuterius. IMB bendradarbiauja su daugybe gerai įsitvirtinusių įmonių, pavyzdžiui, „Daimler“, „Samsung“ ir „Goldman Sachs“, kurioms suteikiama galimybė patyrinėti šias technologijas.
Mažesnės ir tokių ryšių kaip IMB neturinčios aparatinės įrangos gamintojos ėmė bendradarbiauti su kitomis debesijos kompiuterijos įmonėmis. „Microsoft“ (kurios topologiniai kompiuteriai dar pasiekė tik ankstyvą vystymo etapą) prieigą teikia per savo debesijos kompiuterijos paslaugų įmonę „Azure“ ir „IonQ“, „Honeywell“ bei „Quantum Circuits“ gaminamus kompiuterius. „Amazon“ naudoja kompiuterius iš „Rigetti“, „IonQ“ ir „D‑Wave“ – Kanados įmonės, gaminančios specializuotus vienos paskirties kompiuterius, vadinamus „quantum annealers“.
Užuot vertus aparatinės įrangos gamintojus kurti naudingus algoritmus, tikimasi, kad gavę prieigą prie kvantinių kompiuterių tokius algoritmus patys sukurs dabartiniai verslai. Pasak „Microsoft“ kvantinių sistemų komandai vadovaujančios Krysta Svore, dėl to viena iš kūrėjams tenkančių užduočių – užtikrinti, kad kompiuteriais bus kaip įmanoma lengviau naudotis. Įmonė sukūrė priemonių, skirtų padėti klientams suvokti intuicijai prieštaraujančias kvantinių kompiuterių savybes bei programinės įrangos, skirtos užglaistyti skirtumus tarp skirtingų kūrėjų prietaisų, kad programuotojams nereikėtų jaudintis, ar naudojami jonai, ar elektronai. Ji šį procesą lygina su klasikinių kompiuterių atsiradimo laikais, kai buvo sukurti kompiliatoriai ir pirmosios programavimo kalbos, kad žmonėms nebereikėtų galvoti apie mašininio kodo vienetus ir nulius.
Didžiausias klausimas – kur visa tai veda. Nepaisant entuziazmo, pirmiesiems pramonės atstovams nebus lengva. Galimybių daug, tačiau kol kas nėra nieko užtikrinto. Sukurti algoritmus, kurie būtų tiek komerciškai naudingi, tiek pakankamai paprasti, kad pavyktų juos naudoti su ribotų galimybių NISQ kompiuteriu – nelengva. Praeitais metais pasirodžiusioje Amerikos nacionalinės mokslų akademijos ataskaitoje skaitytojams priminta, kad šiuo metu nėra jokių žinomų komercinių šios technologijos pritaikymų.
Taigi pirmasis žingsnis – tokių pritaikymų ieškoti. Pramonės atstovus pradžiugimo praeitais metais „Google“ pristatyta „kvantinių kompiuterių pirmenybės“ demonstracija, kurioje pasinaudojus NISQ kompiuteriu vos per kelias minutes atliktas uždavinys, kurį įvykdyti klasikiniu kompiuteriu prireiktų tūkstančių metų. Vis dėlto „Google“ pademonstruota užduotis buvo gana dirbtina ir realiame pasaulyje nenaudinga. Tačiau taip įrodytos kvantinių kompiuterių galimybės. Rugpjūčio mėnesį įmonė išspausdino straipsnį moksliniame žurnale „Science“, kuriame aprašė vandenilio ir azoto atomų cheminės reakcijos simuliaciją. Reakcija buvo pakankamai paprasta, kad ją galėtų įvykdyti ir klasikiniai kompiuteriai.
Tokie optimistai kaip D. Finke mano, kad tereikia šiek tiek sėkmės ir technologijų pažangos, ir pirmieji komerciškai pritaikomi kvantiniai kompiuteriai atsiras per kitus dvejus-trejus metus. Jis mano, kad labiausiai reikėtų dairytis į finansų pramonę, kur kvantiniai kompiuteriai galėtų pagerinti prekybai naudojamus algoritmus ir portfelių valdymą. „Norint sukurti naują bateriją ar vaistą, produktą reikia išbandyti“, – pabrėžia jis. Tam gali prireikti daugelio metų. O naują finansų srities algoritmą pradėti naudoti būtų galima po kelių dienų. Be to, turint omenyje rinkų mastą, net nedidelis privalumas gali atnešti daug pelno. Įmonės BCG partneris Amitas Kumaras sutinka – tačiau pabrėžia, kad būdą pasinaudoti kvantiniu kompiuteriu radusi įmonė greičiausiai norėtų šį privalumą išsaugoti ir bandytų jį nuslėpti.
NISQ rizika
Vis dėlto į pramonę pradėjus plūsti pinigams kai kurie tyrėjai nerimauja, kad lūkesčiai nebeatitinka tikrovės, todėl ateityje laukia nusivylimas. Pasak dr. M. Biercuko, dalis investicijų atkeliavo iš pasvertą riziką prisiimančių rizikos kapitalo įmonių, investuojančių ne į vartotojams skirtas programėles ar žaisliukus, kurie į rinką patenka greičiau ir užtikrinčiau, o į vadinamąją „giliąją technologiją“ (deep tech) – naujausias technologijas naudojančius itin specializuotus projektus, pavyzdžiui, kvantinius skaičiavimus. Tačiau jis perspėja, kad į pramonę pateko ir nemažai „kvailų pinigų“ iš išpūstų pažadų priviliotų investuotojų.
Nuo to, ar tokia rizika pasiteisins, priklauso ne tik rizikos kapitalo įmonių pelnas. Klasikiniai kompiuteriai taip greitai ištobulėjo dėl to, kad net ankstyvi ir negalingi jų modeliai buvo labai naudingi daugelyje sričių – nuo kodų šifravimo karo metu iki atlyginimų mokėjimo automatizavimo didelėse įmonėse. Juos pritaikius tokiems dalykams gauta pakankamai pinigų kurti sudėtingesnius naujos kartos prietaisus, kurie taip pat atnešdavo dar daugiau pelno. Šis ratas vis dar sukasi net ir po daugelio dešimtmečių.
Žengiantieji į kvantinių kompiuterių rinką tikisi sukurti tokį patį pelningą uždarą ratą. Jei jiems pavyks, kvantinių kompiuterių potencialas gali būti išpildytas greičiau negu per dešimtmetį (ar daugiau), kurio reikia norint sukurti didelės talpos ir stabilius kompiuterius. Jei to padaryti nepavyks, srities reputacija nukentės. Greičiausiai smūgis nebus mirtinas – tačiau dėl jo naudoti pritaikyto kvantinio kompiuterio reikės laukti ilgiau.