Вещий фотон Разработка лекарств и еще 5 задач для квантовой механики

Квантовые компьютеры для передачи и обработки данных применяют явления квантовой механики, например: квантовая суперпозиция и квантовая запутанность. Вряд ли квантовые компьютеры заменят обычные. Скорее появятся гибридные системы, которые используют квантовые эффекты для отдельных задач, прежде всего тех, что связаны с перебором вариантов. Такие задачи квантовые компьютеры способны решать экспоненциально быстрее обычных.

Задачи: моделирование белковых молекул и экосистем

Даже лучшие из суперкомпьютеров с трудом могут просчитать, как происходит взаимодействие между белками в живой клетке. Расчеты делают лишь для небольших молекул, но квантовые компьютеры смогут моделировать даже самые крупные и важные белки. Особенно перспективны системы с искусственным интеллектом: нейросети смогут предсказывать белковые структуры, не требуя долгих и кропотливых экспериментов, и даже создавать новые полезные молекулы.

Квантовые компьютеры пригодятся и для моделирования других сложных биологических систем, например целых экологических групп организмов, во всем многообразии их взаимодействий.

Задачи: диагностика, разработка лекарств

Большие данные позволяют медикам использовать автоматизированные системы для диагностики и планирования лечения. Нейросети просматривают тексты медкарт, рентгеновские снимки, результаты томографии и другие изображения, чтобы выявить заболевания на ранней стадии или помочь врачам анализировать большие объемы информации. Квантовые компьютеры способны быстро находить закономерности в огромных массивах информации.

Разработка новых лекарств часто требует перебора сотен и тысяч веществ в поисках молекулы, которая нужным образом взаимодействует с белками в организме пациента. Квантовые компьютеры смогут находить такие молекулы быстрее.

Задачи: финансовое прогнозирование, маркетинговый анализ

Новые возможности поиска скрытых паттернов в больших данных позволят лучше обнаруживать признаки мошенничества. Такие системы смогут анализировать больше информации для принятия решений о покупке или продаже ценных бумаг и будут делать это быстрее самых мощных современных компьютеров.

Создатели квантовых алгоритмов работают над тем, чтобы с их помощью ускорить обучение нейросетей. Одним из следствий может стать прорыв в маркетинге: специалисты получат возможность точно предсказывать реакцию аудитории на рекламные кампании, которые станут не только эффективнее, но и полезнее для потребителей.

Задачи: фундаментальная наука, создание новых материалов

Большой адронный коллайдер и другие ускорители частиц генерируют колоссальные объемы данных. На их анализ уходят годы, и даже при этом ученым удается извлечь далеко не все ценное. Считается, что квантовые компьютеры ускорят обработку данных, в результате удастся найти признаки пока неизвестных фундаментальных частиц и процессов.

Квантовые вычисления позволят ученым моделировать поведение систем, состоящих из большого количества частиц. Это поможет в поисках новых полезных материалов и структур, например сверхтвердых кристаллов или сверхпровод­ников, не теряющих своих свойств даже при комнатной температуре.

Задачи: прогнозирование погоды и климата

Прогноз погоды — ​классическая сфера применения больших данных и нейросетей, а значит, и одна из тех, где квантовые компьютеры обещают появиться в числе первых. Есть надежда, что с их появлением шутки о метеорологах окончательно потеряют актуальность.

Способность квантовых компьютеров моделировать большие и сложные системы наверняка найдет применение в изучении климата. Они позволят лучше понять механизмы возникновения парникового эффекта и работу озонового слоя, в том числе на уровне отдельных молекул. На большом масштабе квантовые компьютеры пригодятся для обсчета глобальных климатических моделей, для которых пока что приходится прибегать к долгой работе самых мощных суперкомпьютеров.

Задачи: модернизация аккумуляторов, логистическая оптимизация

Уже сегодня компании Mercedes-Benz и IBM пробуют использовать квантовый компьютер для моделирования процессов, протекающих внутри аккумулятора, с разрешением до отдельных молекул. Ожидается, что это позволит создать батареи нового поколения, более вместительные и безопасные.

Эффективные автомобили смогут двигаться по оптимальному маршруту: только квантовый компьютер сможет не приблизительно, а точно решить задачу коммивояжера, то есть найти кратчайший путь между множеством пунктов назначения. Квантовым алгоритмам по силам и проблема плотной упаковки, то есть заполнения конечного объема фигурами разных форм и размеров.