Квантовый компьютер: где предел искусственного интеллекта

Владимиром Заборовский: «Квантовая механика – это, прежде всего, механика, построенная на анализе пространства возможного, а не состоявшегося»

Приоритетом на национальном уровне кванты являются и для Японии, госинвестиции которой в это направление оцениваются, по данным «Quantum Technology Monitor» McKinsey & Company, в 1,8 млрд долл. Здесь разработки в сфере квантов развиваются корпорациями в тесной связке с научными институтами. Так, Fujitsu и Институт физико-химических исследований RIKEN в марте 2023 года представили 64-кубитный компьютер собственной разработки с облачным доступом. Желающих воспользоваться новой услугой оказалось так много, что пришлось вводить очередь. В этом году Токийский университет получает в распоряжение 127-кубитную систему IBM Q System One и доступ к 72-кубитному процессору Google Sycamore. В целом на долю японских исследователей приходится примерно 14% всех выданных в мире патентов, связанных с квантовыми технологиями, свидетельствуют данные McKinsey.

В ЕС экосистема развивается в значительной степени усилиями исследовательских организаций и, что важно, в максимальной кооперации. В прошлом месяце, в частности, Европейская организация по высокопроизводительным вычислениям объявила о подписании шести соглашений о размещении будущих европейских квантовых компьютеров в суперкомпьютерных центрах Италии, Польши, Испании, Франции, Германии и Чехии. Ожидается, что квантовые компьютеры заработают уже к 2025 году. Будущая сеть позволит выполнять задачи, неподъемные не только для классического, но и для одиночного квантового компьютера. Среди них – управление возобновляемыми источниками энергии, моделирование организма человека для проведения испытаний лекарств или химических реакций для разработки новых материалов.

Абсолютно правильно. Когда мы говорим о вероятностях, должны понимать, что это объективное свойство реальности. Но оно может быть состоявшееся и не состоявшееся. Вся наша физика построена на том, что состоялось. Но реальность наша включает и то, что еще не состоялось – это главное отличие нашего мышления от физического процесса. Физики на этом ломаются полностью: физика не использует такого понятия, как «информация». Есть настоящие физики, которые в чем-то разбираются. Например, Джон Арчибальд Уиллер. Он говорил: «Я думал, что все вокруг меня – материя. Потом, когда я стал повзрослее, я понял, что все вокруг меня – энергия. А теперь я утверждаю, что всё вокруг – информация». “It from bit” – вся материя построена из информации, вот его цитата. Это, конечно, колоссально подрывает примитивную картину мира. Но извините, это люди, которые не с улицы пришли – это физики, квантовые механики. То есть, понимаешь, получается, что мир не состоит из причины и следствия, а он состоит из интенции и реализации. Как я говорю своим студентам: друзья, принцип дополнительности в этой философии состоит в том, что нельзя говорить ни о материальном, ни об идеальном. Правильный ответ: и то, и то.

Конечно. Воспроизводить архитектуру современного компьютера, используя квантовые технологии, глупо, потому что это совершенно другая возможность. Наше сознание, если почитать Пенроуза и так далее, как раз использует квантовые эффекты. А что такое квантовые эффекты? Это суперпозиция. Причем суперпозиция не обязательно физических состояний. Главная идея: вот берем, например, интернет: интернет – это не физическая сеть, это логическая сеть, и потому ей совершенно по барабану, какими каналами связи ты пользуешься. У нее есть только логический интернет-адрес и виртуально-транспортное соединение. Это виртуальная сеть. Почему она не физическая? Количество людей, которые подключены – это, в принципе, миллиарды, если я вынужден был бы между ними всеми городить физические каналы связи, такая сеть не существовала бы, она была бы слишком сложной. А у меня возникают виртуальные соединения по мере надобности. Виртуализация – в логическом, информационном смысле – это магистральный путь в развитии всех коммуникационных технологий. И нам не надо искать новых физических принципов – нам просто надо применять технологии, которые у нас есть, в разных ипостасях. Главное – архитектура, все компьютеры, которые мы сейчас видим, включая нейронные сети, это воплощение машины Тьюринга.

Системный подход к развитию квантовых технологий в России появился в 2014 году. Тогда квантовые технологии были разделены на несколько областей – квантовые вычисления, коммуникации и сенсоры, и началось формирование дорожных карт их развития. Сегодня в нашей стране наилучшие результаты в области квантовых технологий – это экспериментальные образцы квантовых процессоров на 4-16 кубит в зависимости от технологической платформы. На горизонте 2030 года их «производительность» должна вырасти до 50-100 кубитов.

Так сложилось, что после школы мы разделены на две группы: «гуманитарии», которые не могут сосчитать сдачу в гастрономе, и «математически одаренные», которые, наверно, могут. И вот они – тот контингент, который поступает на математические, физические и технические факультеты и двигает вперед то, что для всех, включая гуманитариев и вообще полных олухов, составляет сегодня основу жизни: они двигают вперед технический прогресс, дарят человечеству все эти цифровые супертелефоны для просмотра котиков и прочие мыслящие утюги. И мы к этому привыкли. А я вот посмотрел на историю и прикинул, сколько времени прошло от электромеханических счетных машин, которые занимали бескрайние залы и считали ненамного быстрее логарифмической линейки, до нынешнего состояния дел, и выходит это всего лет восемьдесят…

Нет, Иван, не впадай в крайности. Мы не имеем никаких иллюзий по отношению к тому, что может делать электронное устройство: оно может работать по программе. Единственная свобода действий у него – это поменять программу. Пока не поменяется программа, робот будет действовать так, как нужно. Есть и разные логики, помимо реализованной в современных процессорах, бинарной, булевой логики. Темпоральная, например. Модальная логика. И конечно, мы должны использовать в этих агентах, роботах, киберфизических системах просто определенный класс логик, который поменять они не в состоянии. Ты же, например, не можешь, просто сидя на стуле, заставить свое сердце биться быстрее или медленнее. Потому что мы отключены от некоторых функций, которые управляют физиологией нашего тела. Точно так же любая конструкция, которую мы создадим в виде интеллектуального объекта, будет иметь функции, которые будут недоступны ей из ее функционального пространства. Поэтому я абсолютно не волнуюсь, что роботы нам чего-нибудь там устроят. Другое дело, что мы сами себе можем устроить. Есть классический закон компьютерных наук: в любой программе на тысячу операторов – десять ошибок. Если ты исправишь эти десять ошибок, у тебя появятся новые десять. Написать программу без ошибок невозможно. Но это не ошибки в таком примитивном смысле, а это свойства какие-то, это функции: программы работают точно так, как мы их написали, но мы сами до конца не понимаем, что мы написали. Вспомним Тютчева: «Мысль изреченная есть ложь». И вот в этом опасность, а не в том, что роботы будут агрессивны. В том, что мы можем создать системы, которые мы сами понимать не будем.

Иван, помнишь изречение Соломона? «Всё уже все было!» На самом деле все не совсем так, как пишут в журналах. Первые идеи механических вычислений восходят к античным временам. Более того, был такой монах Раймунд Луллий в XIII веке – он все эти логарифмические линейки сделал тогда еще. Другое дело, что потребителей не было. Ты помнишь, когда Пушкин женился на Натали Гончаровой? 1832 год. В том же году Семён Николаевич Корсаков написал статью (понятное дело, на чисто французском языке) о создании машин, сравнивающих мысли. Так вот этот человек до того, как придуманы были все эти компьютеры, придумал, как писать программы. Он даже создал свои машины в железе. На самом деле все, что мы сейчас имеем, это развитие гениальных мыслей, высказанных много-много лет назад. Так что за эти 50 лет не произошло ничего… (Смеется.)

Самая горячая тема сегодня – квантовые вычисления. Вычисления на другом принципе, вычисления с немыслимыми скоростями! Зачем нам квантовый компьютер и где предел искусственного интеллекта?

Да! Чего нам не хватает? Памяти и быстрого счета – все остальное у нас есть. Делайте, пожалуйста, память, которой можно было бы взаимодействие с человеком организовать, и быстрый счет. Прогноз вперед и прогноз назад — всё, больше нам ничего не надо, все остальное мы сами сделаем!

Так или иначе, но сегодня мы привыкли к машинам, где используется двоичная система счисления. И сначала были лампы. Потом транзисторы: микроэлектроника – ура-ура! Показали Хрущёву в 1962 году УМ-1 этот знаменитый, который Старос сделал в Ленинграде. Никита Сергеевич был крайне восхищен. Вариант для управления технологическими процессами назывался «Управляющая машина для народного хозяйства» – УМ-1 НХ, расшифровали остряки: «Ум один – Никита Хрущёв». И как-то мы вроде были счастливы все эти годы: элементы все уменьшались и уменьшались, мощность росла и росла. Мы помним суперкомпьютер DeepBlue, который победил чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова в 1997 году – так теперь игровая приставка Sony PlayStation в 150 раз мощнее, чем он. Но вот оказалось, что нам все-таки мало. Самая горячая тема сейчас – квантовые вычисления. Вычисления на другом принципе! Вычисления с немыслимыми скоростями! А зачем нам квантовый компьютер?

Главная особенность США в том, что квантовые вычисления развиваются здесь в первую очередь силами частных компаний. И практически все эти корпорации – лидеры и в сфере цифровых технологий. Это IBM, Microsoft, Google, Intel и Amazon. Например, IBM имеет программу собственных технологических инвестиций общим объемом 20 млрд долл., сфокусированную на развитии трех направлений: ИИ, полупроводников и квантовых вычислений. В 2023 году компания планирует создать квантовый процессор Condor на 1121 кубит, выпустить первый квантовый компьютер с модульной архитектурой IBM Quantum System Two, запустить параллельные квантовые вычисления на нескольких процессорах, связанные единой контролирующей системой. Google в этом году планирует показать свое устройство на 1000 кубитов.

Но это современное положение вещей. А тот же reinforcement learning –это же фактически оперантное научение скиннеровское, принцип обучения у живых существ. То есть перед нами фактически система, которая способна потенциально развиваться самостоятельно. Так что боязно чего-то за, так скажем, светлое будущее!

Искусственный интеллект, безусловно, стал прорывом десятилетия. Визионеры называют его «новым электричеством» и предсказывают, что технологическая сингулярность наступит раньше, чем предполагалось. Но что, если ИИ – это не вершина? Что, если нас ждет еще больший прорыв, когда мы перейдем от полупроводниковых компьютеров к машинам, которые используют квантовые свойства атомов и фотонов? Настоящая научно-техническая революция в создании умных машин произойдет не столько в области ИИ, но в связке методов машинного обучения и квантовых компьютеров.

Так вот замысел квантового компьютера заключается в очень простом применении этой идеи. Что такое современный компьютер? Это устройство, которое считает, и устройство, которое запоминает. Если бы нам удалось все это совместить, то мы бы получили колоссальный эффект параллельного выполнения операций. Так вот квантовый компьютер, считается, что если он заработает (но я-то считаю, что он не заработает), то мы сможем колоссальным образом ускорить расчеты. Но все, что происходит в квантовом мире, вероятностно: у нас есть объективная вероятность получить некоторое значение, но мы не можем гарантировать, какое значение мы получим, оно будет взято из пространства возможностей. Если мы многократно повторим эти вычисления, мы сможем получить некоторое устойчивое в статистическом смысле значение, и тогда мы его возьмем за истинное. Но, слушайте, это выглядит ненадежно. Я, например, не доверяю этому вычислению. Потому что усреднение не учитывает новые данные, появившиеся за время обсчета этого усреднения. Поэтому квантовый компьютер – это некий прототип аналогового нецифрового вычислителя, который доставляет ответы, используя возможности того, что мы называем квантовым параллелизмом, но сами ответы носят вероятностный характер.

На пути реализации технически состоятельных конструкций квантового компьютера, основанного на любом из принципов, стоит огромное количество трудностей, которые ученые и инженеры с присущим Homo sapiens хитроумием и настойчивостью постепенно преодолевают. Но когда будут надежно обеспечены основные требования – высокая точность измерений состояний кубитов и защита от внешних воздействий, сказать трудно. Стабильность систем, где в связанном состоянии находится множество кубитов, тоже остается под вопросом: чем больше кубитов в системе, тем труднее ее обеспечить. А для того, чтобы квантовые вычислительные системы бесспорно доказали свое превосходство над ныне существующими «классическими», они должны состоять из десятков связанных кубитов, работающих без срывов и с малым числом ошибок.

Это объясняет то, что все ведущие страны делают ставку на квантовые технологии. Понимая прорывной потенциал этого направления, включают их в национальные программы и выделяют все большие бюджеты. В 2022 году, по данным «Quantum Technology Monitor» McKinsey & Company, США инвестировали в кванты дополнительно 1,8 млрд долл., а общий объем вложений за все время составил 3,7 млрд долл. Европейский союз дополнительно выделил 1,2 млрд долл., повысив общее финансирование до 8,4 млрд долл., Канада – 100 млн и 1,1 млрд долл. соответственно. Китайцы тоже понимают важность этого направления, но действуют по-другому, удерживая лидерство по общему объему финансирования государственных научных программ – общий объем финансов, выделяемых на квантовые вычисления Пекином составляет 15,3 млрд долл., отмечается в том же отчете McKinsey.