Выпуски в тексте

№099 Николай Марин

Владимир: Добрый день, друзья! Сегодня мы попытаемся получить ответ на вопрос, который волнует многих в IT-отрасли – что же такое квантовый компьютер и действительно ли он существует?  Расскажет нам об этом Николай Марин, директор по технологиям IBM в России и СНГ. 
Николай, что такое квантовый компьютер? 

Николай: Квантовый компьютер – это электронное устройство, новый подход, новый вид вычисления. Дело в том, что традиционный компьютер, к которому мы привыкли, работает с битами, которые находятся в бинарном состоянии –  0 или 1. 

Владимир: Все мы знаем, когда смотрим «Матрицу», там 0 или 1 – да или нет, грубо говоря. 

Николай: Да, истинно/ложно. И эти единички и нули бегут, и с ними происходят бинарные вычисления.  Квантовый компьютер находится во всех состояниях между нулем и единицей одновременно, и в нуле, и в единице одновременно. Это аналоговая система. И все вычисления происходят в состоянии суперпозиции – произведение, сложение, суперпозиции разовых квантовых битов. 

Владимир: Почему квантовый компьютер такой мощный? Когда о нем впервые заговорили? 

Николай: Говорить о нем стали достаточно давно, в 60-70-ые годы, но в состояние прагматизма, когда стали реально появляться существующие квантовые компьютеры, все перешло в последние годы. А почему он так важен? Потому что для определенных классов задач он идеально подходит. Он выполняет их за доли секунд, в то время как традиционным компьютерам потребуются годы, а иногда миллионы лет.  

Владимир: Станет ли когда-нибудь квантовый компьютер меньше, более доступным, смогут ли его купить обычные люди? Или он так и останется машиной для промышленных вычислений?

Николай: Скорее всего, учитывая, что он довольно-таки узкоспециализирован, он будет работать в смычке с традиционным компьютером, как облачные предложения. Примерно как сегодня работают графические карты, графические ускорители. Также к традиционному компьютеру будет подключаться квантовый, скорее всего удаленно, поскольку всё сегодня переходит в облачный подход. 

Владимир: Первые промышленные образцы квантовых компьютеров стали появляться совсем недавно. Почему его не могли создать так много лет?  

Николай: Технологическая сложность. Так же, как трудно было создать первый традиционный компьютер – первый арифмометр производили из дерева, потом стали их делать металлическими, потом появились полупроводники. Так и квантовый компьютер. Во-первых, выяснили явление сверхпроводимости; во-вторых, научились строить холодильники, которые приближают температуру близкую к абсолютному нулю; в-третьих, научились объединять все это в сети, которые быстро работают. Эти квантовые биты, Q-биты, научились объединять достаточно быстрыми проводниками, благодаря которым они работают совместно и синхронно.  

Владимир: Николай, я много слышал, как  говорят: «Все это ерунда, никакого квантового компьютера пока нет, одни обсуждения ученых». Развей этот миф, существует квантовый компьютер или нет? 

Николай: Существует и даже не один – они существуют разные. Наш разрабатывается в Цюрихе в лаборатории Research, находится в Соединённых Штатах Америки, прототипы находятся в Европе. Есть и другие. IBM работает над созданием универсального квантового компьютера, пригодного для решения широкого спектра задач. И раньше создавались квантовые компьютеры в виде прототипов или специфичных компьютеров, которые предназначались для решения какой-то одной конкретной задачи, например, криптографии. 

Владимир: У нас есть маленький кусочек записи работы компьютера из Цюриха. Давайте его послушаем. 
Прим.: идут звеняще-жужжащие звуки 
Владимир: Николай, что это за шаманские звуки бубнов? Почему так звучит квантовый компьютер? 

Николай: Квантовый компьютер сегодня довольно шумный, потому что работают холодильники. Дело в том, что для процесса квантовых вычислений необходимо избегать воздействия внешней окружающей среды и всего того, что нас окружает. Даже ремонтные работы на расстоянии многих километров от места нахождения квантового компьютера могут повлиять на точность расчётов. Поэтому он работает при температуре, близкой к абсолютному нулю, и в полной темноте. Там холоднее, чем в космосе, там темнее, чем в черной дыре. А звук производят те холодильники, которые охлаждают ступени. Сам компьютер представляет собой примерно 3-х метровый цилиндр. И он состоит из четырех ступеней.  Ступень самая верхняя – это интерфейс компьютера, который подключается к традиционному компьютеру, лэптопу, может быть доступен через интернет. Вторая ступень – это проводящие элементы из специальных коаксиальных кабелей. Третья ступень – это механизм программирования  кубитов (квантовых битов). Программируются они специальными микроволнами. Четвертая ступень – сами кубиты. Q-биты созданы из специального сверхпроводящего материала, неодия, мостов с переменной проводимостью, и все это находится на кристаллах.  

Владимир: То есть компьютер – достаточно нежное создание, которое постоянно совершенствуется. 

Николай: Более того, это аналоговая система в отличие от цифровой, которая требует и всегда будет требовать постоянной заботы и подстройки.

Владимир: Какие конкретные задачи решают сейчас подобные машины?

Николай: Поскольку кубиты устроены так же, как молекулы, как природа – все природные явления удобно моделировать на квантовом компьютере. Например, поведение молекулы кофеина, чтобы смоделировать все его состояния на традиционном компьютере потребуется тысячи лет, а на квантовом компьютере – измеримое количество часов. Или такой пример – рассадка гостей на свадьбе за круглым столом. Существует несколько миллионов вариантов того, как можно рассадить 10 человек между собой. Так вот, перебор миллиона вариантов на традиционном компьютере может потребовать тысячи лет, а на квантовом решается за секунды. Задачи коммивояжёра, персонифицированная медицина, персональный подбор лекарств, специальные строительные материалы, проектирование элементов по заданным свойствам и, конечно, криптография – все эти вещи можно решать на квантовом компьютере сегодня. 

Владимир: Николай, я много занимаюсь блокчейн-технологиями и криптоактивами. 
Многие считают, что около 25% кошельков находится в утерянном состоянии, к ним нет доступа, нет приватных ключей, а на них лежит большое количество финансовых средств. Решает ли квантовый компьютер задачи по криптографии? И сможет ли он быстро подобрать пароли к биткойн-кошелькам, к банковским счетам? Нет ли здесь опасности для людей – если зашифровать может, то соответственно, и расшифровать тоже?   

Николай: В первую очередь надо сказать, что опасности он не представляет. На тот момент, когда он сможет расшифровывать, будут активно использованы квантовые алгоритмы для шифрования, и такие сегодня уже появляются: существует в активном тестировании у крупных европейских и американских банков. Сможет ли он это сделать сегодня? Сегодняшние образцы не смогут. Наверное, в некотором отдаленном будущем, конечно же, смогут, но тогда ценность того крипта, который используется сегодня, существенно упадет. Важно то, что и алгоритмы тоже должны меняться. Например, основные стойки алгоритма сегодня основаны на подборе последовательности простых чисел, с чем квантовый компьютер очень хорошо справляется. Но наши исследователи в лаборатории IBM Research работают над алгоритмом, построенном на проблеме рюкзака ограниченной мощности. Представим, что у нас есть тысяча разноцветных шариков, все шарики разного цвета, и  мы наугад берем из них 500 и бросаем в рюкзак в темной комнате, потом все их берем и суммируем. И вот эта сумма является крипточислом.  А как подобрать те 500, из которых она собралась? Это никак не связано с простыми числами. Здесь квантовый компьютер так же бессилен, как и традиционный. Поэтому, да, конечно, они во многом нам помогут, во многом упростят жизнь, в чем-то усложнят, но на стойкости крипты это никак не скажется. 

Владимир: И за безопасность своих банковских счетов можно пока не переживать? 

Николай: Еще долгое время можно быть спокойным. 

Владимир: Что еще квантовые компьютеры пока не могут сделать и над чем разработчики, инженеры квантовых технологий работают сейчас? 

Николай: Ну, в первую очередь это моделирование всего того, что связано с деятельностью живой природы, термоядерная энергетика. Это можно начинать делать в ограниченном масштабе, поскольку квантовые компьютеры ограничены мощностью, количеством квантовых бит, Q-бит, которые в них существуют. Сегодняшние образцы коммерческой системы у нас достигает 20 кубит. Они все полностью друг с другом связаны, т. е. можно моделировать молекулу из 20-ти элементов. Таких молекул не так уж много, но чтобы моделировать поведение большего количества молекул, нужно тысячи кубит. А задача в сложности растет экспоненциально.

Владимир: Николай, скажи, пожалуйста, сколько ваша компания потратила денег в разработку квантового компьютера? 

Николай: IBM потратил на разработку и исследования в 2014-2018 годах суммарно 3 млд долларов США. Из них существенная доля денег пошла на разработку именно квантового компьютера и алгоритмов, связанных с искусственным интеллектом. 

Владимир: И вы не одни на рынке существуете? Вы позволяете некоторому сообществу тестировать и работать с ним тоже? 

Николай: Поскольку мы создаем универсальный квантовый компьютер, наша задача в том, чтобы его начали использовать. И сегодня компьютер доступен бесплатно, в виде облачного приложения любому горожанину, жителю планеты. Сегодня у нас зарегистрировано 60 тысяч пользователей IBM Quantum Experience – это бесплатная система, где можно зарегистрироваться и программировать его мышкой на линеечках, примерно как ноты расставлять по линейкам, только расставляешь не ноты, а операции с квантовыми битами (сложение, вычитание и т.д.). Более 1,5 млн экспериментов было уже проведено на реально существующей квантовой машине. 

Владимир: Эта программа доступна для всех, не нужно быть ученым или студентом? 

Николай: Для любого! Можно зайти с планшета или обычного браузера и попользоваться, поиграть с ней, составить какой-то алгоритм. Ученым быть не нужно, можно писать на языке Python, если Вас не устраивает программирование мышкой.   

Владимир: Из кого состоит ваша команда инженеров, исследующих компьютер, и что она каждый день делает? 

Николай: Это относительно большое количество специалистов широкого профиля, вплоть до сантехника, поскольку водное охлаждение сопровождает сам квантовый компьютер.  Это, конечно же, и создатели самих процессоров, и полупроводников, и алгоритмов. На сегодня насчитывается не более 50 алгоритмов, существующих для квантовых компьютеров. Если для обычных компьютеров посмотреть алгоритмы, их наберется несколько сотен, а мы хотим, чтобы их появлялось больше.  Из инженеров кто-то занимается математикой, кто-то физическим сбором этого компьютера, кто-то охлаждением, кто-то микроволновым программированием, кто-то чтением кубитов.  Все они исследователи IBM Research.  

Владимир: Хотелось бы поговорить о том, как в целом меняется IT-ландшафт в мире. Как ты видишь ландшафт IT-сферы, работая внутри большой компании?

Николай: Программирования требуется все больше и больше, оно меняет свой характер: меньше системного программирования, как ассемблер раньше, где сложные логические установки, всё больше бизнес-сценарии, больше написание скриптов, написание контрактов на языках достаточно высокого уровня. Плюс сейчас происходит много работы с искусственным интеллектом. А с искусственным интеллектом, вопреки ожиданиям, что он будет сам обучаться… 

Владимир: есть же нейросети?

Николай: Нейросети и всё, что с ними связано, как раз и нужно обучать, а чтобы они обучались в измеримое количество времени, нужно писать алгоритмы их эффективного обучения. 
И третья задача – интернет вещей. Когда мы говорим об интернете вещей, самое главное – что интернет им не нужен. У вещей свой интернет. Они не общаются с людьми в соцсетях, они не общаются по каналам связи.

Владимир: Но они общаются между собой.

Николай: Они общаются между собой, они выстраивают свой интернет, свои взаимоотношения, свои взаимодействия. И интернет вещей будущего нужно будет также программировать на языках высокого уровня, обучать устройства, задавать им принципы, приоритеты, задавать им какие-то ценности, на основе которых они сами будут принимать решения. 

Владимир: Как ты смотришь на то, что мы все сейчас боремся за эффективность, а человек сам по себе – существо не эффективное. Ему нужно спать, есть, он часто ломается, влюбляется и т.д. Что будет, на твой взгляд, с людьми дальше? 

Николай: Мы регулярно проводим исследование Five in Five. Это пять технологий ближайшего будущего, которые станут обыденностью в ближайшие пять лет. И с достаточной долей вероятности, мы попадаем в эти пять лет. А иногда ошибаемся, потому что будущее наступает быстрее, чем мы ожидаем. В частности, мы говорили, что ДНК будут использоваться в медицине повсеместно, учитель будет учиться у ученика, появятся смарт-сети и т.д. Вот в прошлом году исследование, которое мы опубликовали, говорит о том, что, например, зрение всего спектра будет доступно каждому человеку – инфракрасные, низкие уровни спектра – всё доступно в носимых устройствах, т. е. люди будут превращаться в суперлюдей. Самое главное, что человек будет не умножаться технологиями, превращаться во что-то, а технологиями возводиться в степень самого себя, быстрее решать. Технологии будут ассистировать – работать все равно придется. Но технологии будут позволять делать это с большим комфортом и гораздо с большим удовольствием, приносить для того же человечества гораздо большую пользу путем действия высокого уровня, а не тяжелого труда.    

Владимир: Не является ли угрозой искусственный интеллект? Сейчас это в основном используется в играх, вживую пока сложно представить. Что ты об этом думаешь?

Николай: Мы видим, что искусственный интеллект станет ассистировать человеку  в его повседневной, когнитивной, интеллектуальной, мозговой деятельности. То есть не человек против машины, а машина и человек. Хорошей метафорой здесь является навигационная система, когда ты ставишь конечную точку, куда тебе надо приехать, и на основе всех big date и данных реального времени: предпочтений, погоды, загруженности дорог, поведения других водителей – она выстраивает тебе маршрут и говорит: двигайся прямо, поверни направо. Когда подъезжаешь к повороту, сам принимаешь решение и поворачиваешь налево. И под твои предпочтения система тут же перестраивается и строит новый маршрут. Таким образом будет работать искусственный интеллект. Он будет ассистировать человеку в ежедневной интеллектуальной, а также в творческой деятельности и подстраиваться под его нужды и предпочтения.  

Владимир: Сейчас разные сервисы предлагают и музыку автоматически записать, выставив какие-то параметры, и стихи сочинять через слова при помощи искусственного интеллекта, хотя многим казалось, что единственное предназначение человека в будущем – это творчество. Насколько искусственный интеллект может и это забрать у человека? Или он поможет человеку в этом?     

Николай: Забрать вряд ли, но помогает уже сегодня. У нас есть примеры, когда искусственный интеллект составляет трейлеры к фильмам. А из всего фильма сделать интересный, захватывающий трейлер на 1.5 минуты достаточно трудно, чтобы он воспринимался человеком, чтобы сохранить интригу и при этом чтоб были показаны яркие моменты самого фильма. Искусственный интеллект помогает, ассистирует в написании музыки, составлении дизайнерских платьев для специальных вечеров в интернете вещей, разумеется, он ассистирует в творческой деятельности. Некоторые элементы творчества ему будут доступны больше, но запевалой здесь все равно является человек. 

Владимир: Работая в сфере крипты и блокчейн, я понимаю, что в технологиях многое наступает раньше, чем мы ждем. Ты упомянул, что в ваших исследованиях периодически многие вещи наступают раньше, чем вы планируете. Почему такое ускорение, так быстро все меняется?

Николай: Некоторые технологии шагнули вперед, стало выгодно и эффективно их использовать, например, за счет крипты – графические карты. Производство графических карт было не в лучшем состоянии, поскольку графикой занимались обычные компьютеры, но благодаря ажиотажу это стало очень выгодно, очень эффективно, и их стало много. Например, Ivideon является членом консорциума вместе с другими производителями, вместе с нами OpenPOWER, где мы производим платформу для искусственного интеллекта. Именно ажиотаж подстегнул производство графических карт, и на них стали делать задачи искусственного интеллекта.

Владимир: Ну что ж, будущему быть, судя по всему. Николай,  спасибо большое за интересное интервью!