В прошлый раз мы разбирали (и отлично так разобрали, на 200+ комментариев), почему нейросети на самом деле не являются сильным ИИ, а само появление последнего весьма маловероятно. Сегодня объектом нашего рассмотрения станет следующая священная корова технологического прогресса — так называемые «квантовые компьютеры», которые в воображении адептов уже практически готовы и вот-вот начнут вести нас за ручку в золотой век человечества. На самом же деле…впрочем, читайте дальше! 

В смысле миф?!

В 90-х я был маленьким любознательным мальчиком и читал «Энциклопедию профессора Фортрана», как, наверное, и очень многие на этом сайте. Именно там на последних страницах я впервые столкнулся с концепцией суперкомпьютеров — удивительных, футуристично выглядящих, совершенно инопланетных устройств, которые очень скоро порешают все проблемы в мире.

Где-то в то же время, в каком-то популярном журнале я впервые услышал словосочетание «квантовый компьютер» (по-моему, их тогда еще путали в популярной прессе с «просто» суперкомпьютерами), и этот термин намертво в моей развивающейся голове сцепился с вышеописанным комплексом образов и впечатлений. Что-то футуристическое, стремительное, созданное на совсем новых принципах. 

Технология, которая изменит мир, волшебный теплоход прогресса, и он вот-вот уже совсем на пороге, практически завтра сойдет со стапелей инженерной верфи и поплывет в будущее — а мы все будем у него на борту, радоваться и петь.

Каково же было мое удивление, когда я вырос и решил выяснить, а как там дела с квантовыми компьютерами? Оказалось, что примерно так же, как с летающими машинами из «Блейд Раннера» и «Пятого элемента» — прошло 30 лет, а воз и ныне там, их просто нет. С летающими машинами, правда, есть большая разница — все знают, что их нет (в этом месте мне обязательно укажут на экспериментальные образцы в Дубае и Китае, ага), а вот с квантовыми компьютерами не все так однозначно. 

Откройте гугл, введите в запрос эти магические два слова — и, о чудо, уже давно все есть и даже работает, что-то там объединяют и масштабируют, что вообще очень смешно: начало статьи: — «ученые решили одну из ключевых проблем квантовых компьютеров — проблему масштабирования»; конец статьи — «масштабирование квантовых компьютеров остается серьезной технической задачей, которая, вероятно, потребует новых физических открытий и интенсивных инженерных усилий в ближайшие годы». То есть, ничего не решили на самом деле, но заголовок есть.

Короче говоря, надо просто немного подождать, потерпеть и не бухтеть (и продолжать славить Квантового Бога) — и оно обязательно вот-вот случится и ПОЛНОСТЬЮ изменит нашу жизнь (ничего не напоминает?). 

Даже на Хабре — ради эксперимент введите в поиск «квантовый компьютер». Вам расскажут, что это «реальная технология, основанная на законах квантовой физики» что «квантовые компьютеры уже существуют и работают в лабораториях по всему миру, хотя пока далеки от повседневного использования», что они «существуют в реальности, но пока что находятся на ранней стадии развития», и так далее.

Редкие отрезвляющие голоса от настоящих специалистов просто тонут в море ни на чем не основанных восхвалений, ничем не подкрепленных прогнозов и обещаний, и просто безудержного фанбойства перед технологией, которой в том виде, в котором ее нам обещали, пока просто не существует.

Квантовая магия или квантовый мираж?

История с квантовыми компьютерами очень напоминает не только тему с сильным ИИ (который в воображении технооптимистов уже давно существует или вот-вот появится), но и другие подобные мифы-мечты, типа холодного ядерного синтеза. Эта технология до сих пор существует только на бумаге, и несмотря на многочисленные сообщения о том, что что-то там было зафиксировано, до сих пор ничего не было объективно подтверждено. 

И все-таки про ХЯС говорят, о нем фантазируют — как эта технология изменит мир и поведет человечество в новую эпоху, уже даже придумали, как именно она это сделает. Возможно, это магический эффект от потока букв: если про что-то очень много рассуждают в интернете, в статьях, даже во вроде бы серьезных научных публикациях — не может же этого на самом деле не быть. 

Перечислим, что, по мнению технооптимистов, поможет решить после своего появления квантовый компьютер (примеры собраны по многочисленным публикациям из разных областей на тему, все ссылки приводить не буду, вот например раз, два, три, четыре, пять, шесть):

• Ученые с помощью КК быстро найдут супер‑катализаторы для дешевого «зеленого» водорода, смоделируют атмосферу до молекулы — мы получим идеальное средство для исправления всего, что мы натворили с климатом! 

• Откроют новые источники энергии, типа батареи с плотностью ядерного топлива, но без радиоактивности.

• За считанные минуты расшифруют свертки белков‑мишеней, смоделируют весь метаболизм клетки, «отладят» старение как баг в коде, помогут решить проблемы с теломерами и вообще вылечить все болезни. Точное моделирование молекулярных взаимодействий и химических реакций!

• Да что там молекулы, нам наконец-то хватит мощностей на моделирование настоящего, сильного ИИ! Ведь, как известно, для решения этой задачи не хватает только более сильных мощностей (нет).

• Недетерминированная полиномиальная трудность (NP-трудность) тоже исчезнет, ну какие трудности для волшебного Квантового Компьютера? (На самом деле не доказано, что квантовые компьютеры будут способны эффективно решать произвольные NP‑полные задачи, только их отдельные классы).

• Лафа настанет и для игроков на финансовых рынках, динамику которых можно будет просчитывать практически глазами Бога (тут фантазеры не идут дальше и не задумываются, а что же случится с самим рынком в случае появления у каждого игрока фактора полной предсказуемости — но это уже сюжет для хорошего фантаста).

• Мы сможем моментально изобретать новые сплавы с идеальной массой и прочностью, откроем сверхпроводники комнатной температуры.

• И может быть даже сможем разработать движок нового типа для прыжка к звездам! Понятно, что новые уникальные материалы для его производства, алгоритм его создания, а также то, как будет происходить процесс запуска и высокоточной навигации по пульсарам — это все тоже подскажут квантовые компьютеры (надо только немного подождать).

• Неловко от межзвездных перелетов спускаться на землю, но да, еще у нас будет абсолютный квантовый интернет, идеальное шифрование, цифровое моделирование государства и вообще реальности — можно будет тестировать там все, что угодно, от законов до урбанологистики!

• Теорию петлевой квантовой гравитации и теорию струн тоже можно будет проверить на экспериментальных моделях!

• А еще не будет больше богатых и бедных! Квантовые компьютеры помогут рассчитать оптимальный алгоритм распределения благ для всего человечества!

Все это, напомним, должна принести одна единственная технология — Сверхтехнология, которая завершит все технологии! Философский камень, Святой Грааль, Экскалибур технологического прогресса, не меньше. Вспоминается Жак Эллюль с его (абсолютно справедливой) теорией, что поклонение технологическому прогрессу — это отвлечение от реальных проблем мира или сублимация нехватки чего-то духовного.

Когда я все это читал, мне, конечно, стало интересно, а на чем вообще основаны все эти прекрасные прогнозы — звучит очень серьезно, настоящий технологический мессианизм, как будто мы вот-вот уже создадим механического Спасителя который нас всех вытащит из матрицы и исправит все те глупости, что мы, несмышленыши, натворили.

Да ни на чем они не основаны с практической точки зрения.

Это просто фантазии, основанные на логических ошибках и бурном воображении. Не будет никакого общего «ускорения всего» — в лучшем случае, стремительное решение определенных довольно узких задач (например, факторизации или симуляции молекул). Не будет никакого эквивалента «компьютера общего назначения» — квантовые компы специализированные, поиграть в квантовый DOOM на них не получится.

И уж точно не будет никакого спасения человечества или даже хотя бы относительного его улучшения (как его не произошло от электричества, автомобиля, интернета, смартфона и нейросети).

Почему же этот странный миф жив и весьма активен? Ну, конечно, в первую очередь благодаря пиару корпораций — Google, IBM и Microsoft, которые изобрели маркетинговый мем про «квантовое превосходство» (quantum supremacy), и его так в очень серьезном тоне до сих пор в каждой статье и воспроизводят.

А еще эта сфера очень хорошо собирает гранты и инвестиции. И, что очень удобно для кормящихся на Квантовом Мифе, всю эту тему абсолютно никто не понимает, ни журналисты, ни инвесторы, ни государственники — что мы наглядно увидим в следующем разделе.

Чем должен быть квантовый компьютер?

В общих чертах вы и так наверное знаете, но все-таки процитируем определение из хорошей статьи М.И. Дьяконова «Будет ли у нас когда-нибудь квантовый компьютер?» (выпуск 21 бюллетеня «В защиту науки» от Комиссии РАН по борьбе с лженаукой, 2018, стр. 90-99):

Идея квантовых вычислений состоит в хранении и обработке информации способом, принципиально отличным от используемого в обычном (классическом) компьютере, оперирующим с ансамблем микро-транзисторных переключателей между состояниями «включено» — «выключено». В каждый данный момент состояние классического компьютера описывается последовательностью (↑↓↑↑↓↑↓↓…), где символы ↑ и ↓ представляют биты информации, физически реализуемые как открытое и запертое состояния данного транзистора. Для N транзисторов существует 2^N различных состояний компьютера. Процесс вычисления состоит в последовательности переключений некоторых транзисторов между их ↑ и ↓ состояниями, в соответствии с заданной программой. 

В квантовом компьютере классический элемент с двумя состояниями заменяется на квантовый элемент с двумя базисными состояниями, называемый кубитом. Простейшим объектом такого рода является собственный угловой момент электрона — спин, с удивительным квантовым свойством обладания только двумя возможными проекциями на любую ось: +1/2 и −1/2 (в единицах постоянной Планка). Для любой выбранной оси мы опять имеем два базисных квантовых состояний спина ↑ и ↓. Однако произвольное спиновое состояние описывается волновой функцией ψ = a↑ + b↓, где a и b — комплексные числа, удовлетворяющие условию нормировки |a|² + |b|² = 1, так что |a|²  и |b|² являются вероятностями для спина оказаться в базисных состояниях ↑ и ↓ соответственно. 

В отличие от классического бита, принимающего только одно из двух состояний ↑ и ↓, кубит имеет континуум возможных состояний, определяемых квантовыми амплитудами a и b. Это свойство часто описывается несколько мистическим и пугающим утверждением того, что кубит может существовать одновременно в двух своих состояниях ↑ и ↓. (Это подобно утверждению, что вектор в плоскости xy, направленный под углом 45° к оси x, одновременно направлен по обоим направлениям x и y, — в некотором смысле верно, но не слишком содержательно).

Михаил Игоревич Дьяконов (р.1940), кстати, не какой-то левый специалист не в теме и тем более не гуманитарий — он физик со множеством публикаций и премий (в том числе лауреат Госпремии СССР), сделавший ряд важных практических открытий, который сам увлеченно занимался квантовыми проблемами в молодости — пока не понял, что масштабирование всего этого дела больше всего похоже на обман.

Кстати, сколько кубитов нам нужно для того, чтобы хотя бы приблизиться к выполнению любой из перечисленных выше задач, которые должен магически решить Квантовый Компьютер — хотя бы на какой-то небольшой приблизительной области?

Оценки разнятся, но из-за технической стены, на которую налетели ученые (сверхчувствительность кубитов к шуму, из-за которой их надо постоянно корректировать, для чего требуются в свою очередь еще кубиты) — для работающего квантового компьютера нам нужно от десятков до сотен тысяч кубитов, если не миллионы. 

Скажем так, надо преодолеть порог от 100 000 кубитов, и тогда вообще можно будет хотя бы говорить про полноценный квантовый компьютер (так сообщили IBM в 2024 году, они всерьез ставят эту цифру как реалистичную и достижимую цель, правда, без даты).

Так, хорошо, а что у нас есть сейчас, чтобы делать вообще такие заявления? Тысчонка хотя бы наверное точно есть, 1/100 от заявленной цели?

Нет, ее нет.

А что у нас есть?

У нас есть небольшие (и невероятно дорогостоящие, напоминаю) конструкторы, максимум на 156 кубитов. Или вот, Google очень гордится своим новым чипом Willow на целых 105. А в далекие смутные времена 2018 года, когда была опубликована статья профессора Дьяконова, были рабочие системы только на единицы и десятки кубитов. Очевидно, прогресс идет! 

Когда он такими темпами дойдет до требуемых величин, правда, непонятно — даже при самом оптимистичном прогнозе (представим, что закон Мура тут применим) удвоения числа кубитов каждый год — чего очевидно на данный момент не происходит — понадобится несколько десятилетий для того, чтобы вообще получить впервые систему, с которой можно работать. В каковом получении в принципе есть серьезные сомнения (см. следующий раздел статьи). 

Погодите, но ведь есть еще гениальная прорывная разработка от той же IBM — новейший квантовый процессор Condor на целых 1121 кубитов! Ведь это уже достижение? ChatGPT в ответ на запрос с гордостью называет именно самым крупным существующим квантовым компьютером, а значит это точно правда!

Нет, не правда. Все 1121 кубитов в IBM Condor — это «физические» кубиты, не объединенные в «логические» кубиты, которые обеспечивали бы ошибкоустойчивость. Работоспособность всей системы в реальном времени не показана, нет достоверных публикаций, где бы эти кубиты работали совместно. Без коррекции ошибок (например, через Surface Code – чтобы объяснить, что это такое, потребуется отдельная статья), эти кубиты быстро теряют когерентность и вносят шум, синергичной производительности не получается.

Поддержка 1000+ кубитов требует столько же отдельных линий управления и считывания, идеального калибровочного стека, сверхнадежного охлаждения. Сейчас просто невозможно создать технологические условия, при которых такое количество кубитов будет работать целиком. Даже если на чипе IBM физически есть 1121 кубит, работать стабильно (то есть, засчитываться за реальную вычислительную мощность) из них могут только десятки или, например, сотня. Но «1121 кубит» в новостном заголовке выглядит красивее, спору нет. Да, это бесспорное инженерное достижение, но в плане фактической мощности «сверхпроцессор» IBM Condor не особо выделяется на фоне «соратников» на 100 кубитов.

Ах да, еще есть разработки от канадской компании инфоцыган D-Wave Systems — которая, совершенно серьезно заявила в 2024 году, что у нее практически готов (надо только чуть-чуть подождать) Квантовый Компьютер аж на 1200 кубитов! И его выложат в облако! Для всех! Серьезный прорыв, не так ли? 

На самом деле даже странно, что D-Wave вдруг решили так скромничать, всего какие-то 1200 кубитов! Еще с 20 мая 2011 года, когда весь остальной научный мир мучился с запутыванием всего нескольких кубитов, канадцы (возглавляемые выпускником МГУ, кстати) уже продавали — на минуточку, за $11 млн — «квантовый компьютер на 128 кубитов», который решал только одну задачу — дискретную оптимизацию. Покупатели нашлись, между прочим, оружейный магнат Lockheed Martin.

Раз покупают, то надо продолжать — и в 2017 году D-Wave продавали уже «2000-кубитный» (!) квантовый компьютер за $15 млн, в 2018-м анонсировали «4000-кубитный», а в 2019-м — «5000-кубитный»! 

Что же это за кудесники такие, почему руководитель D-Wave (который, что очень смешно, жаловался, что его разработки называют лженаукой) до сих пор не на обложках всех мировых журналов вместо Илона Маска?

Как вы уже наверное догадались, дело в том, что ни «5000-кубитных», ни «1200-кубитных» квантовых компьютеров не существует. Машины от D-Wave действительно работают — в рамках очень узкоспециализированных задач — и в них даже присутствует, наверное, некая квантовая запутанность (тут все неоднозначно). Вот только есть сомнения, что это вообще можно называть квантовым компьютером, а еще внутри у них реально кластеры из 8 или 16 кубитов, синергию между которыми, кажется, не удалось однозначно доказать. Тогда, что, выходит такой кластер скорее всего и есть реальная вычислительная мощность машины за десятки миллионов долларов? А что вы тогда продаете, получается? А как оно на самом деле работает? Непонятно.

Устройства D-Wave — это квантовые отжигатели, применимые лишь к узкому классу задач (если вообще допустить, что они работают так, как заявлено, учитывая общую одиозность разработчиков). Используемые в них кубиты сильно ограничены по функционалу, а масштабируемость — предмет споров. Тем не менее, компания продолжает продвигать свои продукты как «квантовые компьютеры», что вводит в заблуждение непосвященных.

Но D-Wave заключают контракты с госагентствами и корпорациями, их упоминают, в том числе в свежих статьях на Хабре в качестве «технологических лидеров квантовой индустрии», они раздают пафосные интервью и продолжают вещать про Квантовые Компьютеры на тысячи кубитов, а какая-либо критика их разработок в англоязычной вики, в отличие от русской, вообще отсутствует — при всем очевидном абсурде заявок о компьютерах на 5000 кубитов. Люди делают серьезный бизнес. 

Настолько серьезный, что в конце апреля 2025 против D-Wave начали расследование о мошенничестве — в рамках которого звучат формулировки, вы не поверите, что на самом деле «разработки компании — это маркетинговый трюк, а вовсе не прорыв в технологический области». Невероятно, кто мог подобное предположить?

Я привожу эту ситуацию тут, чтобы проиллюстрировать, насколько все плохо с медиарепрезентацией темы квантовых компьютеров, и как легко задурить среднему человеку голову. 

Но, может быть, уже хотя бы на существующих и точно работающих микросистемах (которые сложно с серьезным лицом называть Квантовыми Компьютерами, это как называть советский калькулятор полноценным ПК и обещать, что вот-вот на нем запустится DOOM: Dark Ages, надо только немного подождать) очевидны преимущества квантовых компьютеров?

Наверняка же они работают лучше, быстрее, веселее, уже сейчас показывают интересные результаты?

Тоже нет.

На самом деле они работают в решении задач хуже, чем обычные, ни разу не квантовые компьютеры.

Чтобы меня не обвиняли в голословности, приглашаю вас прочесть детали эксперимента вот в этой чудесной хабростатье (вообще она изумительно раскрывает и тему и проблематику реализации КК), а сюда скопирую выводы:

Что нам хотелось бы сделать? Разложить на множители число, состоящее из 2 048 бит.

Что нам удалось? Разложить на множители 35 (6 бит).

Что нам хотелось бы сделать? Предсказать свойства молекулы со 151 электроном.

Что нам удалось? Предсказать свойства молекулы с 5 электронами.

Что нам хотелось бы сделать? Оптимизировать работу 6 000 объектов.

Что нам удалось? Оптимизировать один проект из восьми задач.

Мы увидели на примерах, что размеры задач, которые могут быть решены квантовыми вычислительными устройствами, на сегодня несоразмерно меньше размеров задач, которые хотелось бы решить или уже решаются обычными компьютерами. 

А оно вообще в принципе реализуемо?

Мы не знаем. Несколько кубитов или даже несколько десятков кубитов запутать уже технически не проблема, но при попытке масштабирования всего этого дела ученые налетают на стену технических ограничений — а мы помним по цифрам, да, что без масштабирования все это не имеет смысла — квантовый компьютер как таковой создан не будет.

Что это за ограничения?

Кубиты очень «шумные», живут миллисекунды (за которые должны выполнить кучу работы) и при этом сами очень чувствительны к шуму (происходит декогеренция, схлопывание из квантового состояния от малейшего воздействия внешней среды), соответственно при их количественном добавлении ошибки растут экспоненциально, что пока что скорее сводит на нет эффект от добавления новых кубитов. Еще есть шум при считывании, а еще неидеально работают квантовые вентили (гейты), при том, что точность требуется запредельная, до множества знаков после запятой.

Масштабирование для проекта квантового компьютера это не просто «прибавить кубит» (типа как привинтить в оперативку еще одну полоску RAM), а каждый раз с нуля выстраивать систему, где все кубиты управляемы, синхронизированы, охлаждаемы и читаемы одновременно (и еще надо не сойти с ума в процессе просчитывания всего этого).

Даже при нынешнем масштабе на 100 кубитов возникает колоссальное число инженерных, физических и теоретических ограничений. Как же это будет выглядеть, например, на 10000? Очевидно, даже не в линейные 100 раз сложнее, а гораздо, гораздо больше. И ведь даже 10000 кубитов это все еще 1/10 от минимума, необходимого для полноценного КК.

Далее, кубитам требуется особая среда, создавать и поддерживать которую очень дорого, например, огромные холодильники с температурой порядка 10–20 мК. Чем больше кубитов, тем сложнее контролировать флуктуации температуры и электромагнитные поля. С точки зрения управления это тоже пока какой-то ад (и альтернативы не видно), ведь каждый кубит требует точной индивидуальной настройки — радиочастотного сигнала, фазы, частоты, времени импульса, что в системах типа IBM или Google достигается через сотни коаксиальных кабелей через криостаты. По мере умножения элементов управления, разумеется, растет и число возможных внешних воздействий и перекрестных помех, искать которые уже на таком масштабе весьма выматывающее предприятие.

И лучше, наверное, даже не начинать рассуждать про ошибкоустойчивые логические кубиты, без которых все это в принципе бесполезно и получение которых вообще сейчас находится на зачаточном уровне. Хотя Google, Quantinuum и IBM очень стараются (раз, два, три) — и в 2024 году заявили о теоретических подходах, потенциально снижающих количество физических кубитов на логический ниже 100, но пока без демонстрации полной устойчивости. Все это еще предстоит протестировать, чтобы, несомненно, столкнуться с новыми трудностями — нужна точная и стабильная работа тысяч физических кубитов, каждый гейт, каждая связь должна иметь ошибку < 10⁻³, требуется синхронизация на уровне наносекунд, и т. д.).

Вернемся к статье профессора Дьяконова:

Можно возразить, мол, статья написана 7 лет назад, с тех пор произошла технологическая революция, и мы совершили прорыв к созданию квантового компьютера! Автор статьи ошибается и вообще не разбирается в теме!

Но нет, прорыва не произошло, революции не случилось и, наверное, не произойдет. Квантовый компьютер останется просто очень дорогостоящей и прекрасной мечтой — по крайней мере точно на нашем веку.

Перспективы

Все вышесказанное, конечно, не означает, что нужно бросить идею квантового компьютера (как и идею сильного ИИ). Бюджеты осваиваются, исследователи исследуют, что-то там экспериментируется, может быть хотя бы что-то попутно откроют интересное — и это действительно принесет пользу науке.

Просто не надо от этой идеи ничего ждать (ну, в ближайшие лет 30 точно), не надо верить заголовкам в СМИ (и особенно пресс-релизам самих технокорпораций). Если квантовый компьютер в принципе реален, то до его практической реализации мы вполне можем и не дожить текущими темпами разработки. Если он принципиально недостижим — тем более, зачем вообще об этом думать и возлагать свои надежды на чистый фантазм?

Пока что мое мнение скорее совпадает с тем, что сформулировал уже цитировавшийся выше М. И. Дьяконов:

Существует огромный разрыв между рудиментарными, но очень сложными экспериментами, проведенными с несколькими кубитами, — и чрезвычайно развитой теорией квантовых вычислений, которая опирается на манипуляции от тысяч до миллионов кубитов для вычисления чего-либо полезного. Этот пробел вряд ли скоро будет закрыт…Я думаю, что несмотря небывалую активность в течение 20 лет, история квантового компьютера приближается к своему концу, потому что 20 лет — это типичное время жизни большого пузыря в науке, потому что слишком много необоснованных обещаний было дано, потому что общество устало от почти ежедневных объявлений о новых «прорывах», поскольку все академические позиции в области квантовых вычислений уже заняты, потому что адепты квантовых вычислений стареют и становятся менее активными, в то время как молодое поколение ищет чего-то нового. Обсужденные выше проблемы, как и другие, неупомянутые здесь, оставляют серьезные сомнения относительно дальнейшей судьбы квантового компьютера.

Надо думать о реалистичных путях решения накопившихся мировых и научных проблем, а не фантазировать о всесильной технологии, которая нас всех спасет, и не писать о ней как о чем-то уже существующем.

Автор данной хабростатьи не против прогресса, он против сакрализации фантазмов в интересах маркетинговых пузырей, против принятия научной фантастики за научную практику. Как и в случае с мифом про сильный ИИ, реальный квантовый компьютер (если он вообще станет реальным) — возможно, вообще не та технология, которую мы ждем, и уж точно не то, что там себе о нем представляет техно-оптимистичная публика. 

Реальность скучна, но мы в ней живем. Давайте об этом помнить и не убегать слишком уж далеко в фантазии.

Спасибо, что дочитали! Не забудьте поделиться в комментариях своим мнением о перспективах КК — и о том, в чем именно автор статьи неправ.