В мире квантовых вычислений недавно произошло значимое событие: компании IonQ и Kipu Quantum объявили о достижении новых рекордов производительности в решении задач белкового сворачивания и задач оптимизации. Этот совместный успех стал прорывом, который подчеркнул перспективность квантовых технологий в прикладных научных и промышленных задачах, в особенности для таких сфер, как биотехнологии и фармацевтика. Квантовые вычисления отличаются от классических тем, что используют квантовые биты — кубиты, обладающие уникальными свойствами суперпозиции и запутанности. Благодаря этим особенностям квантовые компьютеры способны обрабатывать огромные объёмы информации параллельно и выполнять сложные математические вычисления значительно быстрее, чем традиционные системы. Несмотря на то что квантовые технологии находятся на ранних этапах развития, последние достижения доказывают их огромный потенциал для решения задач, которые ранее считались приблизительно непосильными.
В центре внимания свежего достижения — решение самой сложной из известных задач белкового сворачивания на квантовом компьютере. Белки играют ключевую роль в биологических процессах, и понимание их трёхмерной структуры напрямую влияет на успехи в проектировании новых лекарств и лечении заболеваний. Однако сворачивания белков — это чрезвычайно сложный вычислительный процесс, требующий учёта множества долгодействующих взаимодействий между аминокислотами, что делает эту задачу практически нерешаемой для классических компьютеров при больших размерах. Команда Kipu Quantum и IonQ справилась с задачей сворачивания белка, состоящего из 12 аминокислот, что является крупнейшим из когда-либо реализованных квантовых вычислений подобного рода. Важным аспектом успеха стала полноеразмерная 3D-модель, учитывающая все взаимодействия аминокислот в пространстве.
Этот прорыв позволил выйти на качественно новый уровень и приблизиться к коммерческому применению квантовых вычислений в биомедицинских исследованиях. Немаловажной частью достижения стали оптимизационные задачи, в частности работа с алгоритмическими моделями, такими как spin-glass задачи (QUBO) и MAX-4-SAT (HUBO), которые являются примерами сложных систем с плотной связностью, требующих высокой вычислительной мощности. На квантовой системе IonQ Forte было применено до 36 кубитов, что позволило получать оптимальные решения в каждом случае, установив новый отраслевой рекорд для цифровых квантовых вычислений. Ключевым инструментом в этом сотрудничестве стал алгоритм BF-DCQO (Bias-Field Digitized Counterdiabatic Quantum Optimization) от Kipu Quantum. Этот метод отличается не вариационным подходом, что повышает точность и эффективность вычислений.
Его итеративный характер позволяет уменьшать количество операций с каждым циклом, что существенно важно для задач с множественными дальнодействующими взаимодействиями, как в случае сворачивания белков. Также стоит отметить, что уникальная архитектура системы IonQ с полной связностью кубитов, благодаря технологии ловушки ионов, обеспечила высокую производительность и качество результатов. Prof. Enrique Solano, со-генеральный директор и соучредитель Kipu Quantum, подчеркнул важность такой полной связности между кубитами, которая влияет на эффективность и точность вычислений, значительно сокращая время решения и повышая качество получаемых данных. По его словам, эта особенность в сочетании с инновационными алгоритмами Kipu представляет собой уникальную комбинацию, позволяющую сделать серьёзный шаг к квантовому превосходству — когда квантовый компьютер решает задачи, недостижимые классическим.
Со своей стороны, Ariel Braunstein, вице-президент по продуктам IonQ, отметил, что совместная работа с Kipu Quantum расширила границы скорости и качества квантовых вычислений. Он подчеркнул интеграцию всего стека технологий IonQ — от аппаратной части и архитектуры кубитов до компилятора, операционной системы и методов снижения ошибок в вычислениях. Такая комплексность решений позволяет не только демонстрировать передовые результаты, но и стремиться к коммерческому внедрению квантовых вычислений в различных отраслях. Компании планируют продолжать сотрудничество, используя новейшие квантовые чипы IonQ с 64 и 256 кубитами, что обещает решить ещё более масштабные и практически значимые задачи. Эти разработки обещают ускорить внедрение квантовых технологий в сферы, требующие высочайшей вычислительной мощности, как разработка лекарств, управление логистикой и создание новых материалов.
Kipu Quantum, основанная в 2021 году в Германии, фокусируется на создании качественных алгоритмических решений, приспособленных к конкретному аппаратному обеспечению квантовых систем. Компания известна своими инновациями в области гибридных решений, объединяющих искусственный интеллект и квантовые вычисления, что знаменует рождение нового направления под названием агентное квантовое вычисление. Платформа PLANQK, предлагаемая Kipu, упрощает интеграцию квантовых технологий в бизнес-процессы, уже вовлекая более 220 крупных организаций. IonQ является одной из ведущих мировых компаний в области коммерческих квантовых вычислений. Их системы Forte и Forte Enterprise представляют собой линию самых совершенных квантовых компьютеров, разрабатываемых с целью достижения масштабируемости до миллионов кубитов к 2030 году.
Признания со стороны ведущих изданий и массовая интеграция через основные облачные платформы подтверждают высокую востребованность решений компании. Достигнутые результаты демонстрируют, как синергия аппаратных инноваций IonQ и алгоритмических достижений Kipu Quantum способствует развитию квантовых вычислений и расширению их практического применения. Особенно важным становится влияние на биомедицину, где улучшенное понимание свёрнутых структур белков ведёт к ускорению создания новых лекарственных препаратов и прорывным открытиям в лечении. Сочетание передовых алгоритмов с эффективной аппаратной базой позволяет решать задачи, которые ранее были вне досягаемости традиционных вычислительных систем. Это открывает широкие перспективы не только в медицине, но и в оптимизации сложных процессов в логистике, материаловедении и других сферах промышленности.
В ближайшем будущем использование квантовых вычислений обещает радикально изменить научные исследования и бизнес, предоставляя компании и исследовательским центрам новые мощные инструменты для получения конкурентных преимуществ. Совместные проекты IonQ и Kipu Quantum являются ярким примером того, как инновации и партнерство в области квантовых технологий меняют представления о возможностях вычислений и на стыке фундаментальных наук, и практических решений создают сильный импульс для развития высокотехнологичных рынков. Таким образом, достижения IonQ и Kipu Quantum не только устанавливают новые рекорды, но и прокладывают путь для коммерческого использования квантовых вычислений в самых сложных и критически важных задачах современности. Их результаты отражают наступление новой эпохи, в которой квантовые технологии перестают быть научной фантастикой и становятся реальным инструментом для изменения мира к лучшему.
