Когда ИИ объединяется с квантовыми вычислениями

Квантовый компьютер в облаке

Представим исследовательницу, которая изучает редкое заболевание и открывает ноутбук. Через ИИ-ассистента она подключается к квантовым процессорам, работающим вместе с обычными компьютерами в удалённом дата-центре. Система помогает найти молекулы, которые стоит проверить, хотя сама исследовательница никогда не видела оборудование, выполняющее эти расчёты. Результатом может стать эффективное лечение, способное спасти миллионы жизней.

Именно такой сценарий пытается реализовать Diraq — квантовая компания из Сиднея, основанная физиком и инженером Эндрю Дзураком. Её работа начинается с размещения миллионов кубитов, базовых элементов квантовых вычислений, на одном компьютерном чипе.

Сначала нужно разобраться в терминах. Квантовые компьютеры используют кубиты, которые обрабатывают информацию иначе, чем обычные биты. Классический бит всегда принимает значение ноль или единицу, а кубит до измерения может находиться в суперпозиции этих состояний одновременно, объясняет Caltech Science Exchange.

По данным IBM, благодаря квантовой физике крупные квантовые компьютеры смогут решать некоторые сложные задачи во много раз быстрее современных классических машин. На расчёты, которые обычным компьютерам потребовали бы тысячелетия, квантовым системам иногда могут понадобиться минуты или часы.

Дзурак представляет будущее, в котором исследователи подключаются к квантовым компьютерам удалённо — примерно так же, как сегодня многие пользуются облачными ИИ-сервисами. По его замыслу, квантовые компьютеры будут находиться в дата-центрах рядом с крупными ИИ-фабриками. Это должно снизить стоимость и энергопотребление и сделать квантовые вычисления более доступными.

Почему квантовые компьютеры будут удалёнными

Для удалённой работы есть практическая причина. Даже если купить такой компьютер было бы по карману, дома его не разместить: оборудование занимает много места и работает только при экстремально низких температурах.

MIT объясняет, что нагрев вызывает ошибки в кубитах, поэтому квантовые системы помещают в холодильные установки, где температура поддерживается чуть выше абсолютного нуля — −459 градусов по Фаренгейту.

Обычный домашний термостат, конечно, до таких значений не опускается. Но доступ к распределённой сети квантовых вычислений всё равно может сделать технологию массовой.

Сейчас большинство людей либо вообще не слышали о квантовых вычислениях, либо воспринимают их как научную фантастику и технологию далёкого будущего. На практике квантовые вычисления уже существуют: учёные доказали, что кубиты работают. Главная задача теперь — обеспечить надёжную и экономичную работу достаточно большого числа кубитов, чтобы технологией могли пользоваться не только правительства и богатые организации.

До получения заметной коммерческой отдачи, по словам Дзурака, остаётся ещё несколько лет. Целью он называет «масштаб полезности» — этап, на котором квантовые компьютеры будут создавать больше ценности, чем стоит их владение или эксплуатация.

Дженсен Хуанг, генеральный директор NVIDIA, в январе 2025 года оценил сроки иначе. Отвечая на вопрос о появлении полезных квантовых компьютеров, он сказал, что 15 лет, вероятно, было бы слишком оптимистичной оценкой, а 20 лет назвал сроком, который сочло бы реалистичным большинство людей. В тот же день квантовые акции упали примерно на 40%, сообщила CNBC. Через два месяца Хуанг смягчил своё высказывание.

ИИ и квантовые вычисления

Часть описанной Дзураком ценности может появиться благодаря объединению квантовых вычислений с ИИ. За последние несколько лет распространились ИИ-агенты, работающие от имени людей: их используют и исследовательские университеты, и компании из списка Fortune 500.

Такие агенты могут работать вместе с квантовыми компьютерами в единой вычислительной системе. Microsoft уже занимается подобным подходом и называет его «учёным в контуре»: агенты дают рекомендации, а окончательные решения принимают исследователи.

Как пишет издание «Квантовый инсайдер», команды ИИ-агентов могут анализировать большие массивы информации, выдвигать гипотезы, оптимизировать эксперименты и проверять теории под контролем человека.

Однако польза от объединения ИИ с квантовыми вычислениями не обязательно связана именно с ИИ-агентами. Это показывает работа исследователей Торонтского университета и Insilico Medicine.

Поиск лекарств

В исследовании, опубликованном в журнале «Биотехнология», учёные объединили квантовые вычисления, генеративный ИИ и классические методы вычислений, чтобы создать молекулы против белка KRAS, который связан с развитием рака. Ранее его считали «нелечимым» с помощью лекарств.

Игорь Стагльяр, соисследователь проекта и профессор биохимии и молекулярной генетики в Центре Доннелли медицинского факультета Темерти при Торонтском университете, считает, что подобные вычислительные методы могут сократить доклинический этап разработки лекарств на несколько лет.

Появление таких результатов поднимает следующий вопрос: что произойдёт, когда квантовые вычисления вместе с ИИ станут доступнее? Дзурак отмечает, что многие самые интересные варианты применения ещё даже не придуманы. Любой крупный технологический прорыв начинается с идеи, возникшей в человеческом мозге, поэтому такие сценарии уже можно начинать формулировать.

Новые задачи для физики

Массовое распространение квантовых вычислений может привести и к открытиям в физике. С их помощью учёные смогут исследовать сложные вопросы, которые не удалось решить Альберту Эйнштейну и последующим поколениям физиков, включая поиск единой теории устройства Вселенной.

Исследовательское подразделение Google приводит гравитацию как один из примеров. Квантовые процессоры также могут помочь изучать:

Угроза для шифрования

Обсуждение квантовых вычислений невозможно без рисков для безопасности. Есть опасения, что такие компьютеры смогут взламывать шифрование, защищающее банковские счета и даже ядерные коды.

Дзурак считает, что квантовые компьютеры действительно будут атаковать отдельные классы шифров. При этом уже существуют разные коды, устойчивые к квантовым атакам: их специально разрабатывают так, чтобы квантовые компьютеры не могли их взломать.

Эксперты по безопасности всё же предупреждают о сценарии «собрать сейчас, расшифровать потом». Злоумышленники могут уже сегодня накапливать зашифрованные данные, рассчитывая в будущем применить квантовые технологии и получить к ним доступ.

Гонка за созданием квантового оборудования для массового использования уже идёт. Скорее всего, у большинства людей не появится собственный квантовый компьютер дома, как сегодня есть настольный ПК. Более реалистичный вариант — удалённый доступ к квантовым системам из дата-центров, которые работают при поддержке ИИ и подключены к облаку. Тогда вычислительные ресурсы окажутся под рукой у всё большего числа людей и компаний, а главным вопросом станет то, какие задачи всё ещё останутся нерешаемыми.