Smart Machines and Systems at the Service of Mankind: Андрус Педай - «Квантовые компьютеры как основа для следующего прорыва человечества»

Андрус Педай, доктор наук в области производственного инжиниринга и робототехники, TalTech, с 2021. ректор Эстонского университета предпринимательства «Майнор». Более 20 лет опыта работы в сфере высокотехнологичного производства и образования. Основная тематика исследований - системы управления для автономных транспортных средств и приложений.

Тема доклада - «Квантовые компьютеры как основа для следующего прорыва человечества».

Для начала Андрус Педай сказал, что квантовые вычисления способны изменить мир. Текущий объем рынка составляет 1,3 млрд долларов США, а к 2029 году ожидается рост до 5,3 млрд долларов США. Этот рост будет обусловлен увеличением числа компаний, инвестирующих в технологии квантовых вычислений.

Такие области, как здравоохранение, фармацевтика, транспорт и т. д., уже используют квантовые вычисления в своей повседневной работе. Область квантовых вычислений потребует много новых специалистов, которые могут рассчитывать на высокие зарплаты. Вполне вероятно, что в ближайшем будущем область квантовых вычислений скачкообразно расширится, и перед теми, кто интересуется деталями, лежащими в основе этой технологии, откроется огромное количество захватывающих возможностей.

Развитие технологий идет волнообразно. От аналоговых компьютеров 1950-х годов мы перешли к персональным, а теперь все носят в кармане небольшие суперкомпьютеры в формате смартфона. Они обладают гораздо большей вычислительной мощностью, чем, например, суперкомпьютер Cray 1985 года. Докладчик отметил, что, согласно закону Мура, количество транзисторов на чипе удваивается каждые два года. Однако, похоже, что сейчас мы достигли точки, когда законы физики остановят дальнейшее развитие в соответствии с этим законом. Закон означает, что транзисторы будут постоянно уменьшаться, пока не достигнут размера 5 атомов в поперечнике, и тогда технология устареет. Сработает неопределенность Гейзенберга, определить точное положение атома станет невозможно, и в транзисторе произойдет короткое замыкание. Решение этой проблемы - переход к квантовым вычислениям.

Углубившись в тему, докладчик представил фундаментальные принципы квантовых вычислений:

· Суперпозиция, которая позволяет квантовым компьютерам мгновенно обрабатывать огромные объемы информации.

· Запутанность - явление, при котором кубиты становятся взаимосвязанными, и состояние одного кубита влияет на состояние другого напрямую, независимо от расстояния между ними. Это позволяет квантовым компьютерам выполнять сложные вычисления и в массовом порядке проводить их параллельно.

· Помехи - системы могут мешать друг другу. Это позволяет увеличить количество правильных ответов и отсеять неправильные в процессе вычислений.

· Квантовая декогеренция, во время которой система теряет свое квантовое поведение и переходит в классическое состояние.

Переходя к квантовым компьютерам, Андрус Педай сказал, что их уже можно купить, а цена квантового компьютера базового уровня составляет около 5 миллионов долларов США. IBM предлагает услуги квантовых вычислений, и каждый может воспользоваться ими по цене 100 долларов США в минуту. Докладчик вкратце объяснил принцип работы квантового компьютера. На первом этапе оператор с помощью обычного компьютера формулирует задачу. Задание отправляют с обычного устройства в облако, где оно ставится в очередь и пересылается на управляющий компьютер. Это создает смешанный сигнал, частоту которого можно оцифровать и отправить в квантовый компьютер; после взаимодействия с кубитами сигнал пройдет через усилитель и вернется в обычный компьютер. Затем сигнал снова обрабатывается, а в конце процесса вновь преобразуется в единицы и нули, и результаты вычислений возвращаются оператору.

Что касается квантовых компьютеров, то технология для серийного производства еще не создана. Она по-прежнему находится на ранних стадиях, и существует множество проблем, которые необходимо решить, например, когерентность и шум. Среда для квантовых вычислений должна быть очень стабильной и безопасной. В области исправления ошибок предстоит проделать большую работу. В ближайшем будущем наиболее целесообразным решением для достижения наилучших результатов будет использование сочетания квантового и классического компьютера. В дополнение к этому Андрус Педай рассказал о некоторых областях, в которых квантовые компьютеры вероятней всего дадут наибольший выигрыш, например, криптография, химия, искусственный интеллект и машинное обучение, финансовое моделирование и многие другие.

В заключение докладчик сослался на свою научную работу, опубликованную в 2014 году и посвященную технологической сингулярности. В ней высказана идея

создания настолько умной машины, что она сама построит своего преемника. Он пояснил, что, учитывая развитие искусственного интеллекта, это может произойти довольно скоро. Момент, когда машина обретает сознание и начинает выполнять свои собственные цели, называется точкой сингулярности. С этого момента участие человека в дальнейшем развитии технологий станет необязательным. Углеродный интеллект перестанет быть движущей силой технологического развития, так как на первый план выйдет кремниевый/квантовый интеллект. Мнения по поводу того, когда именно наступит этот момент, разнятся. Полное обсуждение можно найти на нашем канале Youtube. Дополнительная информация доступна на сайте конференции