В современном мире многие процессы требуют быстрой и точной оптимизации. Это значит, что нужно находить наилучшие решения среди множества возможных. Такие задачи бывают практически нерешаемыми для классических компьютеров. Но на помощь приходят квантовые системы. В отличие от классических, в которых данные хранятся в битах, квантовые компьютеры используют кубиты. Кубиты способны находиться в суперпозиции состояний, то есть одновременно быть и 0, и 1 (в то время как в классических системах — или 0, или 1). Это позволяет обрабатывать больше вариантов решений за меньшее время.
Коммерческая организация, которая адаптировал квантовые компьютеры для практического применения в задачах оптимизации — это канадская компания D-Wave Quantum Systems Inc (D-Wave). D-Wave применяет технологию квантового отжига. Название пришло из металлургии. Отжиг — процесс, при котором металл сначала нагревают, а потом медленно охлаждают для улучшения свойств. Здесь идея похожа. Сначала квантовая система запускается в активное, «разогретое» состояние. Это позволяет быстро перебрать множество возможных вариантов. Затем энергия системы постепенно снижается. Квантовый компьютер как бы «охлаждается» и переходит к наиболее устойчивому состоянию. Это состояние с самой низкой энергией и считается оптимальным для решения задачи. При этом квантовый компьютер умеет «перепрыгивать» через трудные участки (энергетические барьеры), которые мешают обычным классическим алгоритмам.
Насколько хорошо работает такой способ, зависит от самой задачи. Поэтому перед запуском её нужно специально подготовить и адаптировать под возможности устройства. Кроме того, у компьютеров D-Wave есть ограничения по количеству кубитов.
Тем не менее, система уже применяется в реальных проектах. Например, на заводе турецко-американского производителя Ford Otosan с помощью D-Wave оптимизировали график выпуска автомобилей. При этом учитывались более 1500 модификаций авто, различные маршруты поставок, наличие узлов и компонентов. Квантовая система подобрала оптимальные условия сборки менее чем за 5 минут. Для сравнения — у классического компьютера на эту задачу уходит до 60 минут.
D-Wave совместно с исследовательским центром компании Japan Tobacco разработали также новый способ создания лекарств. Они использовали квантовые вычисления, чтобы улучшить работу нейросетей, которые создают модели молекул для будущих препаратов.
Эти примеры показывают, что квантовые вычисления — все-таки реальность, и они начинают находить практическое применение.
