Квантові обчислення: США роблять ставку на 9 компаній, настав переломний момент у галузі

1947 року, королівська родина Данії надала Нільсу Борі дворянський титул.

Цей засновник квантової механіки створив для себе дуже особливий родовий герб: у центрі не лев, корона або щит, а малюнок інь-янь. Навколо зображення викарбувано латинською: Contraria sunt complementa, що означає «протилежності доповнюють одна одну».

Це одна з найважливіших ідей у житті Борі: електрон одночасно і частинка, і хвиля; світло має і корпускулярну, і хвильову природу. Два, здавалося б, суперечливі описання не заперечують одне одного, а разом описують один і той самий світ.

Дуже цікаво, що через 100 років сьогодні, коли ми знову обговорюємо квантові обчислення, ми фактично досі не можемо обійти цю малюнок інь-янь. Квантові обчислення — це не просто зробити старий комп’ютер швидшим, а визнати, що в основі світу не все чорне або біле, не 0 або 1. Це швидше відкриває простір між 0 і 1 — сірий, рухливий, наповнений можливостями.

Протягом тривалого часу квантові обчислення здавалися далекою наукою. Вони базуються на фізичних відкриттях рівня Нобелівської премії, безлічі наукових статей і лабораторних проривів, але залишаються далекими від повсякденного життя і цін у капіталістичних ринках — наче за товстою імлою.

Та зараз ситуація змінилася.

21 травня 2026 року Міністерство торгівлі США оголосило: відповідно до Закону про чіпи та науку, підписано меморандуми з 9 квантовими компаніями, які мають отримати федеральне стимулювальне фінансування у розмірі 2,013 мільярдів доларів. За умовою, уряд США отримає у цих компаніях міноритарні, неконтрольні частки.

Це ще один стратегічний крок США у сфері, де раніше домінували Intel, рідкі метали, літій — через участь у капіталі. Вплив цього кроку значно ширший, ніж просто зростання цін на квантові компанії — важливо, що США офіційно включили квантові обчислення до списку стратегічних галузей, які потрібно «зайнятися заздалегідь».

Коли приватний капітал і державний капітал одночасно вкладаються, а уряд починає брати участь у цій галузі через капітал, квантові обчислення перестають бути лише лабораторними дослідженнями і стають новою індустрією, яку інвестори мають розуміти:

• Як вони змінять реальний світ?

• Хто контролює ключові технологічні маршрути?

• Які компанії вже на старті?

Що таке квантові обчислення?

1. Обмеження класичних обчислень

Перед тим, як говорити про квантові обчислення, потрібно зрозуміти, як працюють сучасні — від персональних ПК до суперкомп’ютерів. Весь наш світ побудований навколо цього.

Мінімальна одиниця класичного комп’ютера — біт, який може бути або 0, або 1. Це як вимикач: увімкнено або вимкнено.

Зображення, відео, банківські перекази, моделі штучного інтелекту — все це в кінцевому підсумку розбивається на мільйони бітів.

Наприклад, слово Apple у комп’ютері — це не просто рядок символів. Спочатку кожна літера кодується: у старому ASCII, A — це 65, у двійковій системі — 01000001; p — 112, у двійковій — 01110000. Тому слово Apple у низькому рівні — це послідовність 0 і 1. Далі комп’ютер використовує шрифти, пікселі, кольори — і в результаті на екрані з’являється саме слово.

Отже, класичний комп’ютер не розуміє текст або зображення сам по собі. Він просто перекладає все у 0 і 1 і дуже швидко обробляє ці дані. У сучасному цифровому світі саме цей «грубий» спосіб — основа всього: інтернет, смартфони, ігри, хмарні обчислення, штучний інтелект — все побудовано на 0 і 1.

Але у бітів є межі, бо деякі задачі не просто «повільні», а надто складні через величезну кількість можливих варіантів. Наприклад, 100-бітний пароль — це 2^100 можливих комбінацій. Навіть найпотужніший персональний комп’ютер за найоптимістичніших умов — приблизно 180 мільярдів років, щоб перебрати всі варіанти.

Якщо ж пароль 128-бітний, і ми маємо найшвидший у світі суперкомп’ютер El Capitan, то для його зламу потрібно близько 6 трильйонів років — у 430 разів більше за вік Всесвіту (138 мільярдів років).

При 256-бітному паролі час зростає до 1.45×10^41 разів — тобто понад 145 з 39 нулями років — а це вже більше, ніж існування Всесвіту.

Людство вже не може просто прискорювати обробку на чіпах, щоб подолати ці межі.

Зі зростанням кількості можливих варіантів, класичні обчислення мають два варіанти:

• або довго і нудно перебирати всі варіанти;

• або використовувати приблизні алгоритми, які дають «достатньо хороші» результати.

Саме тому людство шукає нову парадигму обчислень.

2. Вражаючий світ квантових обчислень

Квантовий комп’ютер має найменшу одиницю — квантовий біт, або qubit. На відміну від класичного біт, який може бути або 0, або 1, квантовий qubit у стані суперпозиції — і 0, і 1 одночасно, доки його не виміряють.

Це звучить дивно. Уявімо: маємо дві карти — туз і малий туз. Не відкриваючи, кладе їх на стіл. Вони вже визначені — або туз, або малий туз. Але у квантовому світі, поки не подивишся, карта перебуває у стані «і туз, і малий туз» одночасно. Лише коли відкриваєш — отримуєш конкретний результат.

Це явище називається суперпозицією. Воно дуже контрастує з класичним двійковим станом.

Квантові обчислення базуються на тому, що кілька qubit можуть одночасно представляти безліч станів:

• 2 qubit — 4 стани: 00, 01, 10, 11.
• 3 qubit — 8 станів.
• 10 qubit — 1024 станів.
• 50 qubit — близько 10^15 станів.
• 300 qubit — кількість станів перевищує кількість атомів у всесвіті.

Як це перетворити у обчислення? Потрібні квантові алгоритми, які посилюють правильні відповіді і послаблюють неправильні, щоб у кінці вимірювання правильна відповідь стала більш ймовірною.

Приклад: класичний комп’ютер — це людина, яка шукає шлях у темряві, пробуючи один маршрут за іншим. Квантовий — це хвиля, що поширюється по всіх дорогах одночасно, і алгоритм — це інтерференція хвиль, яка підсилює правильний шлях.

Квантові обчислення — зовсім інший спосіб пошуку відповіді:

Класика — пробує по кроках. Квант — використовує суперпозицію, інтерференцію і ймовірності.

Це найсуттєвіша різниця.

• Швидкість класичного комп’ютера — це механічна робота з 0 і 1.

• Квантовий — використовує закони мікросвіту: суперпозицію, інтерференцію, вимірювання.

Для задачі злома паролів, класика — перебір у порядку, а квантовий — одночасне знання багатьох можливих варіантів і пошук правильного через алгоритми.

Квантові обчислення — це не просто швидше, а зовсім інший спосіб: вони імітують природні процеси, працюють з імовірностями і структурою фізичного світу.

Фейман сказав: «Природа не є класичною. Якщо хочеш симулювати природу, зроби її квантовою.»

Світ побудований на квантовій основі, і людство рано чи пізно створить машину, що працює за квантовими законами, щоб досліджувати цей світ.

3. Як квантові обчислення змінять світ?

Квантові обчислення — не універсальні. Для повсякденних задач — перегляду відео, роботи з таблицями, ігор, тренування великих моделей — класичні комп’ютери залишаються найкращими. Квантові — не швидше і не дешевше.

Їх справжня цінність — у вирішенні особливих задач із дуже великим простором можливостей і структурою, яку можна використовувати для квантової інтерференції. Тут переваги — не у 2, 10 або 100 разів, а у перехід від «не можливо порахувати» до «можливо порахувати».

Найяскравіші приклади — три типи задач:

Перша — криптографія

Зараз основа безпеки інтернету — RSA, ECC. У 1994 році Пітер Шор з Bell Labs запропонував алгоритм Шора, який здатен за допомогою квантового комп’ютера з високою ймовірністю зламати RSA. Це означає, що, коли з’явиться достатньо потужний квантовий комп’ютер, багато сучасних систем шифрування стануть недійсними.

Це — так званий Q-Day, «кінець криптографії».

Якщо з’явиться такий комп’ютер, усі дані, що зараз шифруються — під загрозою. Або їх збережуть і розкриють пізніше, коли з’явиться квантовий — що створює ризик «захоплення» історичних даних.

Це серйозний виклик для безпеки всього цифрового світу, і потрібно вже зараз готуватися.

Друга — моделювання молекул

Фізик Річард Фейнман у 1981 році запропонував, що квантові комп’ютери ідеально підходять для моделювання молекул. Адже електронні взаємодії — це квантова проблема. Класичні обчислювачі — дуже повільні, оскільки зростання складності — експоненційне.

Квантові машини можуть допомогти у створенні нових ліків, матеріалів, батарей, каталізаторів — бо вони природно моделюють квантові системи.

Якщо це вдасться — зменшиться час відкриття нових препаратів і технологій, з’являться нові можливості у медицині і енергетиці.

Третя — оптимізація

Задачі оптимізації — всюди: логістика, маршрути, розміщення чипів, планування польотів, інвестиційні портфелі, виробничі графіки. Вони мають безліч можливих рішень, і потрібно знайти найкраще.

Класичні алгоритми — перебирають варіанти послідовно, що швидко стає неможливим.

Квантові — через суперпозицію і інтерференцію — можуть підвищити ймовірність знайти оптимальний варіант швидше.

Загалом, квантові обчислення — не для заміни смартфонів чи ПК, а для вирішення найскладніших задач у сферах, що визначають майбутнє: криптографія, медицина, енергетика, фінанси, оборона. Вони впливають на фундаментальні структури цифрового світу.

4. Ключові етапи розвитку квантових обчислень

Квантові біти дуже крихкі: температура, електромагнітні шуми, механічні коливання — все може спричинити помилку. Щоб зробити квантовий комп’ютер коректним і стабільним, потрібно об’єднати багато фізичних qubit у один «логічний» qubit.

Важливий поріг — порог корекції помилок. Це як багато людей, що переписують один і той самий текст. Якщо кожен робить багато помилок, то зібравши їх разом, важко визначити правильний варіант. Але якщо кожен робить помилки рідко, то більшість правильних відповідей «перемагає».

Квантова корекція — це саме так.

Якщо помилки фізичних qubit перевищують поріг, додавання ще qubit тільки збільшує шум і помилки. Але якщо помилки нижчі за поріг, то можна використовувати додаткові qubit для їх виправлення і створювати стабільні логічні qubit.

Це — «перейти поріг корекції». Тоді квантовий комп’ютер стає більш стабільним і надійним.

Перший раз людство подолало цей поріг у грудні 2024 року. Чип Google Willow, з коефіцієнтом зменшення помилок Λ = 2.14, — це означає, що при збільшенні коду на 2, помилки зменшуються приблизно у 2.14 рази. Це — перехід у зону низьких помилок. За рік інші компанії — Quantinuum, Zuchongzhi 3.2, QuEra — також подолали цей поріг.

Після цього починається новий етап — «коли зроблять квантовий комп’ютер?», а не «можна чи ні?».

Наступні роки — це період стрімкого розвитку.

Отже, квантові обчислення — це не просто новий інструмент, а революція у способі мислення і обчислень, що змінить наш світ у найближчі десятиліття.