Канада находится в выгодном положении на пути к тому, чтобы стать лидером в области квантовых вычислений, если примет разумные решения.
Луиза Тернер, генеральный директор Института квантовых алгоритмов (QAI), говорит, что сообщество квантовых вычислений в стране невелико и в основном состоит из представителей научных кругов. Эта организация была создана для подготовки бизнеса к использованию технологии, когда она станет коммерчески доступной, что, по её словам, произойдет раньше, чем ожидалось.
Квантовые мощности Канады разбросаны по всей стране, и значительная часть их находится в провинции Квебек (квантовый компьютер IBM в Бромоне и Лаборатория нано- и квантовых полупроводников в Политехнической школе Монреаля). В Ватерлоо, Онтарио, находится Институт квантовых вычислений, дочерний научно-исследовательский институт Университета Ватерлоо, а также Университет Торонто, который в 2023 году был признан консалтинговой корпорацией Deloitte мировым локомотивом квантовых исследований.
В Западной Канаде в Университете Калгари разместился Институт квантовой науки и технологий, а также инициатива «Квантовый город» (Quantum City), результат стратегического партнерства университета, правительства провинции Альберта и их отраслевого партнера компании Mphasis. В обязанности Quantum City входит создание инфраструктуры производства, ориентированной на квантовые технологии, а также новых программ развития талантов и путей внедрения технологий с целью становления оживлённого экономического и научного центра в Калгари.
В Британской Колумбии, где Тернер руководит QAI, находятся Институт квантовой материи Стюарта Блуссона при Университете Британской Колумбии и Лаборатория квантовых кремниевых технологий при Университете Саймона Фрезера.
«Вообще говоря, у нас очень сплочённое сообщество, и особенно там, где проводятся квантовые исследования», — говорит Тернер.
И хотя основная часть деятельности в области квантовых вычислений сосредоточена в канадских университетах, задача QAI не связана с исследованиями; эта некоммерческая организация сосредоточена на экономическом развитии Британской Колумбии путем распространения квантовой грамотности, подготовки рабочей силы к внедрению квантовых технологий и поддержки организаций разных отраслей к использованию квантовых технологий.
Тернер говорит, что QAI сосредоточена на инвестировании в развитие экономики путем отказа от горнодобывающей промышленности и лесного хозяйства, а также на укреплении позиций Ванкувера как места, где американскими технологическими компаниями проводятся исследования и разработки: «Как создать среду, в которой квантовые компании, в том числе вычислительные, смогут добиться успеха?»
Квантовой отрасли нужны клиенты
Тернер утверждает, что проблема состоит в отсутствии клиентов для квантовых решений, даже несмотря на наличие компаний с квантовыми возможностями, включая 1Qbit и D-Wave Systems из Ванкувера, а также на множество патентов, компетенций и опыта по созданию хорошего окружения для квантовых вычислений. «В QAI мы пытаемся работать с обычными фирмами, которые никак не связаны с квантовыми технологиями, и донести до них, что мощь квантовых вычислений может дать преимущества первопроходцам, революционизировать их бизнес и помочь продвинуть дело вперед», — сказала она.
Пока QAI работает над подготовкой бизнеса к квантовой эре, технические проблемы остаются нерешёнными, хотя канадские компании и академические учреждения конкурентоспособны на мировом уровне, если дело касается решения подобных проблем, рассказала Александра Дауд, вице-президент по интеллектуальной собственности и вопросам регулирования компании Anyon Systems из Дорваля (Квебек).
«В противоположность полупроводниковой промышленности, в квантовой мы находимся в намного лучшем положении, поскольку эта технология ещё очень молода, и кое-что из наиболее важного разрабатывается в самой Канаде», — говорит она. «Нельзя сказать, что какая-то одна страна лидирует. Во многом это всё ещё гонка».
Ключевым вопросом становится понимание того, какие именно из существующих квантовых методик будут успешны в долгосрочной перспективе, сказала Дауд. «Это могут быть кубиты, основанные на самых разных технологиях». Anyon использует сверхпроводящие кубиты, и это выбор большинства крупных технологических компаний, включая Amazon, IBM и Google. Qube от Anyon — это сверхпроводящий квантовый «всё в одном» компьютер, «бесшовно» интегрирующийся в существующие высокопроизводительные вычислительные центры (HPC).
Другие компании, включая Xanadu в Канаде, разрабатывают квантовые компьютеры на основе фотонных кубитов. «Это совсем другой тип оборудования», — говорит Дауд.
Ещё один подход — это захваченные ионы, добавляет она, а, например, компания D-Wave использует квантовую нормализацию («квантовый отжиг»). «Существует определённая дискуссия о том, является ли подобная технология действительно квантовой, но в любом случае она остаётся весьма продвинутой».
Дауд рассказывает, что у каждого подхода есть свои технические трудности, различные физические проблемы, требующие преодоления, другие задачи, которые нужно решить, чтобы получить коммерчески полезный квантовый компьютер. «Xanadu, одна из двух ведущих компаний по квантовым вычислениям на основе фотоники, находится в Канаде», — говорит она. «Мы уверены, что являемся одной из ведущих компаний по сверхпроводящим квантовым вычислениям».
Qube от Anyon Systems — это многофункциональный сверхпроводящий квантовый компьютер, который «бесшовно» интегрируется в существующие HPC-центры. (Источник: Anyon Systems)
Qube от Anyon Systems — это многофункциональный сверхпроводящий квантовый компьютер, который «бесшовно» интегрируется в существующие HPC-центры. (Источник: Anyon Systems)
Правительство должно инвестировать квантовые технологии
Также Дауд рассматривает научные исследования в Квебеке, Онтарио, Альберте и Британской Колумбии как причину того, что Канада находится на очень высоком уровне в смысле квантовых возможностей. «Поскольку во всём мире правительства всё больше и больше инвестируют в квантовые технологии, наше правительство тоже должно чётко осознавать, что, если не идти в ногу со временем, мы не сможем сохранить наше нынешнее особое положение одной из ведущих стран в квантовой области», — сказала она.
В отчете Deloitte утверждается, что квантовые технологии привлекают всё большее внимание, поскольку федеральное правительство и местные власти работают над модернизацией экономического сектора Канады, однако в том же отчёте содержится предостережение о том, что национальные квантовые стратегии других стран постараются привлечь лучшие мировые таланты и капитал.
Дауд сказала, что правительство Квебека продемонстрировало серьёзную мотивацию в поддержке квантовой индустрии: «Были инвестированы значительные суммы, и сейчас Квебек, вероятно, является ведущей провинцией во всей Канаде в смысле поддержки квантовых компаний».
Новейшей инициативой стал квантовый завод в C2MI (MiQro Innovation Collaborative Centre) в Бромоне, который будет производить сверхпроводящие квантовые чипы, что поможет компаниям продемонстрировать свои технологии в реальной производственной среде; завод должен быть готов к концу 2025 года. «Многие из нас очень хотели бы получить доступ к возможностям, которые предоставит C2MI», — сказала Дауд.
Подобно Тернер, Дауд упоминает потребность в клиентах. Поскольку технология квантовых вычислений не развита, единственным клиентом пока является правительство, которому необходимо приобрести квантовые компьютеры, протестировать их и предоставить обратную связь, чтобы позволить таким компаниям, как Anyon, продвинуть технологию до уровня, когда она станет интересной коммерческим компаниям. «Это действительно будет важно в течение как минимум следующих пяти лет», — сказала Дауд.
Тем временем Anyon развёртывает 24-кубитный квантовый компьютер в Calcul Quebec, который в конце лета стал доступен онлайн для научных и промышленных сообществ. Бизнес-модель компании уникальна тем, что она продает свой квантовый компьютер как локальную систему. «Кто покупает, тот им и управляет», — говорит Дауд.
В то же время, такие компании, как IBM, сдают в аренду свои квантовые компьютеры и запускают их на своих собственных площадях.
Квантовый компьютер IBM в Бромоне отметил свою первую годовщину в конце сентября. Он является одним из четырех, которые компания запустила за пределами США; другие находятся в Японии, Южной Корее и Германии. Жан-Франсуа Барсум, старший менеджер по инновациям в IBM, рассказал, что множество пользователей приходят из Университета Торонто, Университета Шербрука и QAI в Британской Колумбии. «Не у многих компаний есть собственный опыт в квантовой области, поэтому большинство из них вынуждены выстраиваться в очередь с университетскими исследователями, чтобы в полной мере использовать это преимущество», — сказал он.
По словам Барсума, на 127-кубитном квантовом компьютере в Бромоне IBM запускает «эксперименты вспомогательного масштаба», которые не могут быть выполнены на классической компьютерной системе, в том числе алгоритмы, которые должны ускорить открытие материалов.
Платформа цифровых и квантовых инноваций Квебека (PINQ²) объявила об историческом запуске квантового компьютера IBM Quantum System One в Бромоне в сентябре 2023 года. (Источник: Райан Лавин/IBM)
Платформа цифровых и квантовых инноваций Квебека (PINQ²) объявила об историческом запуске квантового компьютера IBM Quantum System One в Бромоне в сентябре 2023 года. (Источник: Райан Лавин/IBM)
Канадской квантовой отрасли нужны таланты
Барсум рассказал, что развитие квантовых вычислений в Канаде похоже на развитие искусственного интеллекта в том, что страна сильна на научно-исследовательском фронте. «Проблема, с которой мы, как страна, сталкиваемся в целом, заключается в умении развернуть подобное в рабочей среде».
Как и в случае с ИИ, это битва за таланты, но уже в царстве квантовых вычислений, говорит Барсум. «На самом деле мы пытаемся немного опередить ход событий и посмотреть, получится ли передать или трансформировать часть этих научных знаний, побудить людей из академической сферы работать с компаниями частного сектора и нарастить эти возможности до того, как начнётся резкий рост».
Ещё одним важным компонентом, сказал Барсум, является интеллектуальная собственность, которую компании смогут задействовать в более совершенных квантовых средах через пару лет.
«Если мы действительно хотим обладать конкурентным преимуществом, когда начнётся резкий рост, то должны готовится к этому, и именно над этим мы сейчас работаем», — сказал он.
Дауд тоже подчеркнула потребность в рабочей силе, обученной квантовым технологиям: «В этом наблюдается прогресс. В университетах Канады создаются специализированные научные степени. Потребуется некоторое время, чтобы всё это выстроилось и приобрело нужные нам компетенции».
Потребуется много специалистов по криогенике, микроэлектронике и программному обеспечению в области квантовых вычислений, говорит Дауд.
«Квантовые технологии всё больше и больше будут становиться частью других областей».