Прогноз развития квантовых технологий в 2025 году

Сайт Enter Quantum провел опрос ведущих компаний, развивающих квантовые компьютерные технологии, с целью выяснить перспективы развития отрасли на 2025-й год. ITBestsellers приводит мнения некоторых ведущих компаний в этой области.

Эксперты предсказывают, что 2025 г. станет переломным — от масштабируемой коррекции ошибок до прорывов в разработке алгоритмов, что позволит вывести квантовые технологии из исследовательских лабораторий и внедрить их в реальном мире. Квантовая область готовится решать проблемы, которые раньше считались непреодолимыми. Какие тенденции, вехи и инновации будут определять ландшафт квантовых вычислений в 2025 г.?

В компании IQM Quantum Computers ожидают, что «...прогресс в области квантовой коррекции ошибок станет поворотным моментом: масштабируемые коды для коррекции ошибок позволят снизить накладные расходы для отказоустойчивых квантовых вычислений, а первые логические кубиты превзойдут физические кубиты по уровню ошибок. В дополнение к этим достижениям инновации в аппаратном обеспечении улучшат время когерентности и связность кубитов, укрепляя основу для надежных квантовых систем». При этом разработка алгоритмов будет занимать центральное место: новые алгоритмы будут созданы в областях финансов, логистики и химии. Открытия, сделанные с помощью ИИ, позволят оптимизировать разработку квантовых алгоритмов, а усовершенствованные алгоритмы выйдут за рамки хорошо известных подходов Variational Quantum Eigensolver (VQE) и Quantum Approximate Optimisation Algorithm (QAOA) и откроют новые возможности в материаловедении и химии.

«Квантовая экосистема будет развиваться по мере слияния или расширения сотрудничества компаний, занимающихся разработкой ИИ и квантовых технологий, что будет способствовать ускорению коммерциализации и внедрения. Появятся квантовые платформы, обеспечивающие бесшовную интеграцию классических, ИИ- и квантовых ресурсов», — полагают в IQM Quantum Computers, Эти достижения приблизят квантовые вычисления к практическому применению и изменят отрасли, зависящие от вычислительной мощности. Конвергенция квантовых вычислений и ИИ позволит решить ранее неразрешимые проблемы, способствуя наступлению новой эры инноваций.

Руководство компании D-Wave полагает, что «...Квантовая оптимизация станет ключевым сценарием использования квантовых вычислений, превратившись в оперативную необходимость для предприятий, ищущих новые стратегии для поддержания конкурентоспособности. Предприятия, использующие [специальный метод минимизации] „quantum annealing“ для решения сложных задач оптимизации, могут рассчитывать обогнать конкурентов, которые продолжают использовать устаревшие традиционные решения. Кроме того, рост внедрения этого подхода приведет в 2025 г. к появлению беспрецедентного количества реальных приложений, что ознаменует переход в области квантовых вычислений от шумихи к коммерческой реальности». По словам дирекции компании, «...мы увидим всплеск интереса и инвестиций в локальные системы квантовых вычислений в средах высокопроизводительных вычислений (HPC) по всему миру, поскольку исследователи, академические институты и предприятия стремятся укрепить национальную безопасность и усилить конкурентные преимущества. Благодаря объединению „quantum annealing“ и HPC мы станем свидетелями поразительного прогресса в использовании гибридных квантовых технологий для подпитки новых открытий и получения ранее недостижимых результатов в бизнесе».

С развитием квантового оборудования, обеспечивающего новые уровни производительности систем, ведущие мировые исследователи будут все чаще использовать квантовые технологии для достижения революционных научных прорывов и новых открытий, недоступных для классических компьютеров. Такие области, как ИИ/МО, промышленная оптимизация и моделирование материалов, получат огромную выгоду от постоянного прогресса в разработке продуктов и все более высокой производительности квантовых систем — отмечают в D-Wave.

По мнению экспертов компании, «...индустрия наконец-то положит конец академическим дебатам между подходами на основе квантовых гейтов («gate-model») и «quantum annealing», признав, что обе технологии будут необходимы для различных вычислительных нужд. «Quantum annealing» сохранит свое преимущество при решении оптимизационных задач, в то время как системы с квантовыми гейтами смогут преуспевать в своих собственных специализированных областях, когда станут достаточно зрелыми для использования в производстве. Системы «gate-model» еще 7-15 лет не смогут справляться с производственными нагрузками, и только системы «quantum annealing» будут способны в 2025 г. управлять приложениями производственного уровня, что делает их единственным жизнеспособным направлением для коммерческих приложений.

В компании Oxford Ionics утверждают, что от достижений Google в области квантовой коррекции ошибок до мировых рекордов Oxford Ionics в производительности кубитов — 2024-й стал годом, отмеченным «...невероятными вехами в индустрии квантовых вычислений. Теперь мы можем с уверенностью ответить „да“ на такие фундаментальные вопросы, как „Можем ли мы построить мощные и точные квантовые компьютеры в масштабе?“ и „Можем ли мы исправлять ошибки в квантовых системах?“».

Этот поворотный момент отражает быстро растущий интерес рынка. Всего за несколько часов после анонса своего нового квантового чипа Willow компания Google увеличила свою рыночную стоимость более чем на 100 млрд. долл. Инвесторы и организации просыпаются, осознавая беспрецедентную вычислительную мощность, которую обеспечат квантовые компьютеры. Компании уже задумываются над тем, как квантовые вычисления могут повлиять на их бизнес, что нужно предпринять, чтобы подготовиться к ним, и как использовать этот новый критически важный инструмент в вычислительном арсенале, чтобы получить конкурентное преимущество.

«Квантовые вычисления смогут добиться значительных успехов в смягчении и исправлении ошибок, существенно увеличив количество вычислительных кубитов. Наибольшие преимущества получат такие области, как квантовое машинное обучение, квантовая оптимизация, квантовые химия и биология», — полагают в SAS.

Кроме того, квантовые вычисления продвинутся в своем гибридном развитии: квантовые процессоры (QPU) будут и дальше интегрироваться с CPU, GPU и LPU. QPU будут использоваться для решения специализированных классов задач или формулировок. Такая гибридизация вдохновит на новые подходы к алгоритмам, что приведет к разработке превосходных классических алгоритмов, вдохновленных квантами. В целом инвестиции в квантовые компьютеры обещают прорыв, который происходит раз в столетие, и приведут к беспрецедентным решениям и открытиям в науке и физике, сродни влиянию электричества.

«В 2025 г. мы увидим достижения в области квантовой коррекции ошибок. Четыре крупных игрока возглавляют разработку логических кубитов, а аппаратный подход Microsoft набирает обороты, — утверждают в компании evolutionQ. — Квантовая коррекция ошибок представляет собой поворотный прорыв, выходящий за рамки теоретических концепций и переходящий в практическую реализацию. Гонка за разработку стабильных и масштабируемых логических кубитов усиливается, а значительные инвестиции со стороны технологических гигантов сигнализируют о начале трансформационного периода в квантовых вычислениях».

По мере увеличения количества логических кубитов будет происходить переоценка возможностей квантовых вычислений, выходящих за рамки взлома кодов. Квантовые вычисления — это уже не только взлом шифров. Исследователи изучают сложные вычислительные проблемы в таких областях, как поиск лекарств, моделирование климата и передовое материаловедение, что говорит о более широком и преобразующем потенциале технологии.

По прогнозам компании Quantum Brilliance, в 2025 г. алмазная технология станет все более заметной частью общего разговора в отрасли, поскольку все больше компаний осознают потенциал использования квантовых систем на основе алмазов в дата-центрах и периферийных приложениях. Главное преимущество алмазной технологии заключается в том, что она позволяет проводить квантовые вычисления при комнатной температуре, без необходимости использования больших мэйнфреймов. Она также устраняет необходимость в абсолютном нуле температуры и сложных лазерных системах. Таким образом, алмазная технология позволяет создавать более компактные, портативные квантовые устройства, которые можно использовать в самых разных местах и условиях, что в конечном итоге приближает нас к масштабированию квантовых устройств.

По мнению экспертов компании, после того, как Кибернетическое агентство Германии заключило с Quantum Brilliance контракт на создание первого в мире мобильного квантового компьютера, планы по созданию таких устройств начнут появляться у большего числа агентств. Также можно ожидать значительных успехов в гибридных и параллельных квантовых вычислениях.

Кроме того, алмазные квантовые датчики будут запущены в производство для удовлетворения потребностей масштабируемых рынков в оборонной, аэрокосмической, автомобильной, горнодобывающей промышленностях и здравоохранении. Конкретные сценарии использования будут включать в себя позиционирование и навигацию без GPS, геофизические исследования и исследования инфраструктуры, а также медицинскую визуализацию. Это вызовет спрос на алмазные квантовые материалы, компоненты и возможности производства интегрированных устройств, а также на новые инструменты проектирования устройств для повышения производительности и технологичности.