В тематических СМИ часто пишут о том, что квантовые компьютеры со временем кардинально изменят мир вычислений, однако в реальности это уже произошло: системы, работающие по принципу квантового отжига, доказали, что при решении задач определенного рода они работают на порядки быстрее, чем классические компьютеры.

Существует два типа квантовых компьютеров — на основе квантовых вентилей и на основе квантового отжига. В обоих случаях используются кубиты — биты, способные находиться в суперпозиции состояний «1» и «0», но в первом обычные логические вентили заменяются на квантовые. Будучи запрограммироваными на машинном уровне, они управляют кубитами, обеспечивая получение результата. Компьютеры же, работающие по принципу квантового отжига, можно программировать на гораздо более высоком уровне, чтобы заставить кубиты решать практические задачи оптимизации.

В обоих случаях для управления квантовым компьютером нужен классический. При этом и вентильные квантовые компьютеры, и системы на основе квантового отжига доступны через облако. Однако последние ушли далеко вперед в деле принесения реальной практической пользы предприятиям.

Задача, с которой успешно справляются компьютеры на основе квантового отжига, и которая не всегда под силу классическим системам, — поиск оптимального решения среди огромного количества возможных. Например, для такого компьютера создали приложение, которое позволило обработать 67 млн возможных сценариев и выдать ответ о наилучшем всего за 13 секунд.

В основе квантового отжига лежат явления физики: при определенных условиях физическая система стремится сохранить минимальный уровень энергии, а в задачах оптимизации как раз и выбирается решение с «минимальной энергией», к примеру, самый короткий маршрут доставки, финансовый портфель с самым низким риском и т. п.

Такие задачи сегодня решаются на системах с квантовым отжигом при участии обычных компьютеров, что позволяет разработчикам писать на привычном языке программирования, например, на Python. При этом работа с квантовым компьютером происходит не напрямую, а через облако, и компоненты задач, предназначенные конкретно для него, переадресуются на квантовую систему в автоматическом режиме.

Еще одно преимущество компьютеров на основе квантового отжига — им не нужны механизмы исправления ошибок, так как при возникновении квантового шума состояние кубита со временем восстанавливается само по себе.

Что касается вентильных квантовых систем, здесь ситуация совсем иная: разработчикам необходимо осваивать сложный математический аппарат и приобретать практические знания в области квантовой физики, чтобы понимать, как именно создавать алгоритмы для компьютера нового типа. Кроме того, вентильные системы в значительной степени подвержены ошибкам: кубиты нередко неспособны сохранять состояние достаточно долго, чтобы можно было решать практические задачи. Соответственно, вентильным квантовым компьютерам необходимы надежные механизмы исправления ошибок, однако таких механизмов пока нет и они вряд ли появятся раньше, чем через несколько лет.

В связи с этим вентильные квантовые системы пока что в основном используются экспериментально в научном сообществе, например, для решения дифференциальных уравнений динамики жидкостей и других задач, для которых возможностей классических компьютеров не хватает.

При этом если говорить о задачах оптимизации, вентильные системы вряд ли когда-то смогут решать их эффективнее, чем компьютеры на основе квантового отжига. И можно отметить, что к этой области относится широчайший круг практических задач, в том числе управление финансовым портфелем, белковый дизайн, управление дорожным движением, составление расписаний, обеспечение устойчивости энергосетей и многое другое.