Среди таких журналистов, как я, бытует старая поговорка: квантовую механику можно объяснить либо точно, либо так, чтобы люди её понимали, но и то, и другое невозможно.
Это связано с тем, что квантовая механика — странный и отчасти теоретический раздел физики — невероятно сложная для понимания концепция.
Она связана с мельчайшими частицами, ведущими себя странным образом. И эта странная деятельность открыла потенциал совершенно нового мира научных сверхспособностей.
Её ошеломляющая сложность, вероятно, является одной из причин, по которой квантовая механика оказалась менее популярной, чем нынешняя звезда технологий — искусственный интеллект (ИИ).
И это несмотря на непрекращающийся поток громких заявлений о квантовой механике от таких технологических гигантов, как Microsoft и Google, и других.
В целом, мы склонны рассматривать квантовые технологии как аппаратные средства, такие как датчики и компьютеры, в то время как ИИ основан на программном обеспечении – для его работы требуется аппаратное обеспечение.
Если объединить их, то однажды у нас, возможно, появится новая технология, более мощная, чем всё, что мы когда-либо создавали… хотя слово «возможно» в этом конкретном прогнозе звучит слишком натянуто, предупреждает Брайан Хопкинс, вице-президент и главный аналитик по новым технологиям исследовательской компании Forresters.
«Потенциал есть, но окончательное решение пока не принято», – говорит он.
«Первые эксперименты выглядят многообещающе, но все они указывают на то, что для эффективного применения квантовых эффектов к ИИ нам потребуются гораздо более мощные квантовые компьютеры и дальнейшие инновационные исследования».
Учитывая их ценность, оба варианта прибыльны. По данным исследовательской группы McKinsey, к 2025 году объём квантового сектора может достичь 97 млрд долларов (74 млрд фунтов стерлингов).
Между тем, прогнозируется, что стоимость ИИ составит триллионы. Но обе эти технологии находятся в тени ажиотажа и лопающихся пузырей.
«Раньше я считал, что квантовые вычисления — самая разрекламированная технология, пока не разразилась лихорадка вокруг ИИ», — шутит Хопкинс.
В середине октября аналитики предупреждали, что акции некоторых ключевых квантовых компаний могут упасть на 62%, а разговоры о пузыре ИИ становятся всё громче.
У квантовых технологий и ИИ есть ещё одна общая черта — ошибки. Хотя мы уже в значительной степени знакомы с «галлюцинациями» генеративных инструментов ИИ, квантовые технологии страдают от ошибок другого рода.
Это происходит из-за того, что состояние, в котором должны функционировать частицы, очень хрупкое. Малейшее изменение окружающей среды, включая свет и шум, может нарушить их работу.
Поддерживать такую среду сложно. На этой неделе Илон Маск предположил в программе X, что квантовые вычисления будут лучше всего работать на «вечно затенённых лунных кратерах».
Квантовые компьютеры совсем не похожи на традиционные машины. Чертежа конструкции нет, но в настоящее время они очень большие.
Они существуют в лабораториях, и наиболее распространённый формат, напоминающий форму медузы, — это, например, подобие змеи.
Для их работы требуются экстремально низкие температуры и лазеры. Вряд ли вы найдёте такую вещь дома, не говоря уже о кармане.
Они также немного блестят: исследователи обнаружили, что использование синтетических алмазов для создания кубитов, которые являются строительными блоками квантовых компьютеров, позволяет им работать при температурах, значительно более близких к комнатной.
У производителя ювелирных изделий класса люкс De Beers есть дочерняя компания Element 6, которая, как утверждается, выпустила в 2020 году первый в мире универсальный квантовый алмаз. Кроме того, компания сотрудничает с Amazon Web Services над оптимизацией искусственных алмазов для будущих сетей квантовых машин.
Все эти машины сейчас находятся на начальной стадии разработки, считается, что во всем мире их около 200 (Китай, однако, не раскрывает их количество), но это не мешает экспертам в области квантовой механики делать смелые заявления об их потенциале.
«Мы, потребители, ощутим влияние квантовых вычислений практически на все сферы нашей жизни», — заявил Раджиб Хазра, глава компании Quantinuum, недавно оцененной в 10 миллиардов долларов. Он дал интервью подкасту Tech Life на BBC.
«На мой взгляд, область квантовых вычислений, если смотреть на её применение, столь же масштабна, если не больше, чем ИИ».
Профессор сэр Питер Найт — один из ведущих британских экспертов в области квантовых вычислений. «То, на вычисления чего может уйти целая вечность Вселенной, даже на самом мощном суперкомпьютере, можно будет выполнить, вероятно, за считанные секунды», — сказал он доктору Джиму Аль-Халели в программе The Life Scientific на BBC Radio 4.
Так что же представляют собой эти гигантские, меняющие жизнь вещи, которые машины смогут сделать, когда будут готовы?
Как и в случае с ИИ, существует множество исследований квантовой механики, направленных на улучшение здравоохранения.
Однажды квантовые компьютеры смогут без труда перебирать бесконечное количество комбинаций молекул, создавая новые лекарства и медикаменты — процесс, который сейчас занимает годы при использовании классических компьютеров.
Чтобы дать вам представление о масштабах, в декабре 2024 года Google представила новый квантовый чип Willow, который, по заявлению компании, может решить задачу, на решение которой самым быстрым суперкомпьютерам в мире в настоящее время требуется 10 септиллионов лет, или 10 000 000 000 000 000 000 000 лет.
Хазра утверждает, что это может проложить путь к персонализированной медицине, где вместо стандартного рецепта вы получаете лекарство, подобранное специально для вашего организма и с наибольшей вероятностью подходящее именно вам.
Это относится и к более широким химическим процессам, таким как новые способы более эффективного производства удобрений, что потенциально может стать огромным стимулом для фермеров по всему миру.
Квантовые датчики, использующие принципы квантовой механики для невероятно точного измерения, уже существуют и используются в атомных часах.
В 2019 году учёные из Ноттингемского университета поместили их в прототип устройства размером с велосипедный шлем и использовали в новой системе для проведения неинвазивного сканирования мозга у детей с такими заболеваниями, как эпилепсия.
«Основы человеческого познания закладываются в первые десятилетия жизни, но возможности их изучения всегда были ограничены из-за ограничений технологий сканирования мозга», — сказал тогда исследователь Райан Хилл.
«Особой проблемой всегда было движение и тот факт, что большие традиционные стационарные сканеры всегда требовали от пациентов полной неподвижности.
«Это не только не даёт точной картины работы мозга в естественной среде, но и накладывает серьёзные ограничения на тех, кого можно сканировать, причём наибольшей проблемой являются дети».
В прошлом году учёные из Имперского колледжа Лондона провели испытания альтернативы спутниковой навигации GPS, получившей название «квантовый компас», в подземной сети метро города.
GPS не работает под землёй, но здесь работает – идея заключается в том, что он может точнее отслеживать и определять местоположение объектов в любой точке мира, как над землёй, так и под землёй, в отличие от сигналов GPS, которые могут быть заблокированы, заглушены и подвержены влиянию погодных условий.
«Экономика Великобритании зависит от GPS на сумму 1 млрд фунтов стерлингов в день, от определения местоположения, навигации и времени – это часто называют оборонным требованием – но все наши финансовые транзакции требуют… «Использование квантовых часов, гироскопов и магнитометров для аутентификации», — говорит доктор Майкл Катберт, директор Национального центра квантовых вычислений Великобритании.
«Использование квантовых часов, гироскопов и магнитометров позволяет нам создать защиту от помех и спуфинга наших жизненно важных навигационных систем».
Национальная энергосистема инвестирует в квантовые исследования, чтобы выяснить, могут ли они помочь в решении проблемы, известной как «сброс нагрузки» — максимизации выработки тысяч генераторов из различных источников энергии по мере роста и падения спроса в режиме реального времени, предотвращая отключения электроэнергии.
Компания Airbus совместно с британской компанией IonQ, специализирующейся на квантовых технологиях, проводит испытания квантового алгоритма, предназначенного для более эффективной загрузки грузов в самолет. Самолет может использовать тысячи килограммов дополнительного топлива, если его центр тяжести сместится лишь на небольшую величину.
Пока все идет хорошо, но нам также нужно поговорить о секретах.
Широко признано, что существующие методы шифрования – способ хранения как личных данных, так и государственной тайны – однажды будут разрушены квантовыми технологиями, способными перебирать все возможные комбинации за рекордное время, пока данные не будут расшифрованы.
Известно, что страны уже крадут зашифрованные данные друг у друга, чтобы однажды их расшифровать.
«Это называется «собирать сейчас, расшифровывать потом», – говорит профессор Алан Вудворд, эксперт по кибербезопасности из Университета Суррея.
«Теория взлома существующих методов шифрования с открытым ключом ждет появления действительно работающего квантового компьютера», – добавляет он.
«Угроза настолько высока, что предполагается, что всем необходимо внедрять квантово-устойчивое шифрование уже сейчас».
Момент появления такого компьютера иногда называют «днем Q». Оценки того, когда он может наступить, разнятся, но Брайан Хопкинс из Forrester утверждает, что это может произойти уже скоро — примерно в 2030 году.
Такие компании, как Apple и платформа безопасного обмена сообщениями Signal, уже внедрили то, что они считают постквантовыми ключами шифрования, но их нельзя применять ретроспективно к текущим данным, зашифрованным традиционным способом.
И это уже проблема. В октябре Дэниел Шиу, бывший руководитель отдела криптографического проектирования Центра правительственной связи (GCHQ), британского агентства разведки, безопасности и кибербезопасности, заявил газете Sunday Times, что «вероятно, данные практически всех граждан Великобритании были скомпрометированы» в результате спонсируемых государством кибератак, совершённых Китаем, при этом эти данные были накоплены до того времени, когда их можно будет расшифровать и изучить.