Як стати квантово готовим

Цілі навчання

Після завершення цього модуля ти зможеш:

• Описати кроки, які бізнес-лідери можуть впровадити вже зараз, щоб підготуватися до використання квантових обчислень у робочих процесах майбутнього.
• Пояснити концепції квантової готовності та квантового потенціалу.
• Пояснити місію квантових екосистем.
• Знаходити ресурси для відстеження актуальних новин у сфері квантових технологій та останніх досягнень і проривів.

Вирішення цінних задач за допомогою квантових технологій

Багато компаній із задоволенням скористалися б можливістю повернутися в минуле, щоб вчасно скористатися вчорашніми революційними технологіями, як-от інтернет. Шанс випередити конкурентів знову з'явився — тепер із квантовими обчисленнями. Технологія дозрівала, і настав час розвивати квантові навички та розуміти величезний потенціал квантових технологій у вирішенні обчислювально інтенсивних задач.

В епоху квантових обчислень продуктивність систем стане ключем до досягнення повного квантового потенціалу та масштабу — коли ми зможемо переконливо продемонструвати в певних сценаріях суттєву перевагу в продуктивності порівняно з класичними комп'ютерами: або в сотні чи тисячі разів швидше, або з меншими потребами в пам'яті, або — робить можливим те, що здавалося неможливим. Наша робота з UC Berkeley демонструє потужність доступних на сьогодні процесорів IBM Quantum® для дослідження значущих обчислень і реалістичних застосувань ще до настання ери відмовостійкості.

Квантові комп'ютери незабаром зможуть вирішити цінні задачі, що довго залишалися непідйомними для класичних суперкомп'ютерів. Уряди та лідери галузей по всьому світу вже досліджують потенційні сценарії використання у сферах охорони здоров'я, матеріалознавства, машинного навчання тощо. Організації, які зануряться у це зараз і стануть квантово готовими, матимуть очевидну перевагу в міру розвитку цих технологій.

Квантова готовність

Квантова готовність — це безперервно змінювана міра організаційної компетентності у стратегії, технологіях та операціях у сфері квантових обчислень. Вона характеризує прогресивні можливості компанії використовувати квантові технології для руйнування галузей, створення конкурентних переваг і реагування на загрози з боку квантово-обізнаних конкурентів.

Натисни на трикутники нижче, щоб побачити можливості квантово готових організацій.

Стратегія

• – Здатність перетворювати квантову ринкову інформацію на практичні висновки про можливості й загрози.
• – Компетентність у вилученні бізнес-цінності зі стратегій, можливостей та інноційних ініціатив, запущених квантовими технологіями.
• – Експертиза у захисті інтелектуальної власності (ІВ) для квантових технологій.
• – Вплив на нормативні акти й стандарти, пов'язані з передбачуваним використанням квантових обчислень.

Технологія

• – Фреймворк DevSecOps для побудови, тестування, розгортання та оновлення квантових застосунків.
• – Зрілість ШІ та інших передових обчислювальних моделей для підтримки квантово-адресованих робочих процесів.
• – Архітектура гібридного хмарного середовища, що забезпечує оркестрування та взаємодію квантово-класичних навантажень.

Операції

• – Управління та нагляд для забезпечення успішного виконання квантової дорожньої карти.
• – Стратегія залучення талантів і корпоративна культура для формування високоефективної команди з квантовою грамотністю.
• – Інноваційний процес, що створює квантові рішення відповідно до потреб бізнесу.
• – Гнучкі практики, що забезпечують високу швидкість R&D та ітеративний дизайн рішень.

Як описано в The Quantum Decade, квантова готовність є критично важливою, оскільки ми допомагаємо клієнтам уявити та підготуватися до використання майбутньої обчислювальної потужності квантових технологій. IBM® співпрацює з клієнтами, розвиваючи їхні навички та досліджуючи сценарії використання з високим бізнес-впливом. Ключові висновки можна вже отримувати, реалізуючи сценарії, достатньо малі для запуску на поточних квантових комп'ютерах. У міру вдосконалення технологій клієнти розширюватимуть масштаб цих сценаріїв і використовуватимуть квантові обчислення для бізнес-переваги.

У наступних розділах ми описуємо три способи, якими організації можуть нарощувати свою здатність руйнувати галузі, створювати конкурентні переваги та реагувати на загрози від квантово-обізнаних конкурентів. Організації можуть інвестувати у розвиток квантових кадрів, визначати сценарії квантового використання для вилучення бізнес-цінності та захищатися від квантових загроз.

Трансформація талантів

Квантові обчислення докорінно відрізняються від традиційних — аж до заміни біта, базової одиниці інформації. На передньому плані мають бути люди, відкриті до нових підходів до вирішення проблем. Стати квантово готовими означає підвищити кваліфікацію в різних областях (дивись зображення нижче).

Працівники твоєї організації швидко розвиватимуть квантові навички завдяки постійному спілкуванню з нашими фахівцями через IBM Quantum Network. Члени команд отримують доступ до поглиблених навчальних програм та індивідуальних живих виступів від експертів IBM Quantum. Дізнайся більше про IBM Quantum Network.

Вибір сценаріїв використання

Шлях до квантового впровадження вимагає виважених рішень щодо того, які сценарії квантових обчислень мають найбільший потенціал для отримання бізнес-цінності.

Що робить сценарій використання вдалим?

Вдалий сценарій — той, що має стратегічне значення для бізнесу і може бути досліджений за допомогою наявних процедур Qiskit, одночасно залишаючи гнучкість для експериментів у міру розвитку квантових технологій. Ризикованим або поганим вибором є сценарій, який вимагає певного рівня продуктивності або спирається на нові академічні теорії для отримання рішень, що стосуються критично важливих або периферійних бізнес-задач.

Пофантазуй над галузевими застосуваннями квантових обчислень із попереднього модуля і подумай про власні бізнес-задачі. Натисни на трикутники нижче, щоб розкрити фактори, що впливають на потенціал квантових обчислень для отримання бізнес-цінності. Розглядай їх, оцінюючи власний бізнес-сценарій.

Вдалі варіанти

• – Спираються на наявні процедури та навчання в бібліотеці Qiskit.
• – Засновані на задачі, що може бути зменшена до практичного розміру.
• – Засновані на задачі, де масштабування покращує результат.
• – Передбачають рішення, яке могло б стати підривним або диференціюючим.
• – Можуть бути досліджені за допомогою короткострокового гібридного квантово-класичного підходу.

Ризиковані варіанти

• – Експериментують з неперевіреними ідеями з дослідницьких публікацій.
• – Вимагають ретельного вибору змінних для отримання корисного результату.
• – Засновані на задачі, яка не очікується, що зростатиме або стане складнішою.
• – Засновані на задачі, що стосується критично важливої частини бізнесу.
• – Вимагають квантової відмовостійкості для досягнення результату.

Невдалі варіанти

• – Передбачають винахід або перепроектування квантового алгоритму.
• – Вимагають використання великих обсягів даних для введення або обробки.
• – Вимагають конкретного рівня продуктивності для отримання рішення.
• – Не стосуються ключової частини бізнесу.
• – Не мають класичної альтернативи як запасного або тимчасового рішення.

Симулятори

Багато компаній, зокрема IBM, пропонують квантові симулятори: класичні комп'ютери, що можуть емулювати квантові комп'ютери до певного масштабу, щоб забезпечити раннє навчання та налагодження. Важливо розуміти, де такі симулятори є корисними, де — ні, і де вони можуть вводити в оману.

Можливі варіанти використання симуляторів:

Цілком розумним є бажання знаходити помилки в коді до того, як надсилати завдання на справжній квантовий комп'ютер. Це ідеальне використання симулятора. Але зауваж, що зазвичай тобі доведеться зменшити масштаб завдання, щоб симулятор прийняв його. Детальніше про це трохи пізніше.

Також цілком розумним є бажання вільно досліджувати та дізнаватися про квантові обчислення без надмірних витрат. Тому ти можеш захотіти використовувати симулятори на самому початку знайомства з квантовими обчисленнями. Але тут слід бути обережним.

Де симулятори не є корисними:

Симулятори можуть ефективно моделювати дуже малі квантові системи, і це може бути корисним для першого знайомства з роботою алгоритму. Однак більшість застосунків, які, як очікується, забезпечать чітку, стійку цінність для промисловості, потребуватимуть порядку 100+ фізичних qubit, а кількість застосунків зростатиме в міру об'єднання їх у логічні qubit. Щоб зрозуміти, чому симулятор ніколи не зможе виконати квантові обчислення, корисні для промисловості, розглянь дві речі. (1) Якби класичний комп'ютер міг це зробити, нам не знадобилися б квантові комп'ютери. (2) Квантовий комп'ютер із 100 qubit може перебувати в суперпозиції $2^{100}$ базисних станів. Взаємодії між цими станами та дії квантових Gate можуть виконуватися на всіх цих станах одночасно. Навіть надмірно спрощене класичне кодування, наприклад присвоєння одного біта кожному обчислювальному базисному стану, потребувало б $10^{30}$ класичних бітів інформації. Це на кілька порядків більше бітів цифрової інформації, ніж оцінюється доступним у всіх існуючих класичних носіях на Землі. Для повного представлення такого квантового стану знадобилося б ще більше бітів, оскільки потрібно було б записати знак і величину кожного коефіцієнта. Квантові симулятори фізично не можуть бути реалізовані в масштабі qubit, корисному для промисловості. Більшість симуляторів вектора стану практично обмежені приблизно 30–35 qubit на типовому апаратному забезпеченні.

Будь обережний і не плутай наведене вище твердження з «експоненційним паралелізмом». Мова не йде про те, що можна зчитати результати з усіх $2^{100}$ станів (це абсурдно, адже для запису відповіді знадобилися б усі ті біти, про які ми говорили). Також не можна виконувати всі класичні процеси над цими станами. Натомість мається на увазі, що множина квантових станів у суперпозиції може певним чином маніпулюватися та інтерферувати одна з одною — іноді корисним чином. Це принципово відрізняє квантові комп'ютери від класичних і відкриває нові можливості.

Де симулятори є небезпечними:

Симулятори — це не квантові комп'ютери. Багато симуляторів (або певні налаштування на багатьох симуляторах) не адекватно моделюють шуми та помилки в сучасних квантових комп'ютерах. Якщо ти використовуєш симулятори без шуму або симулятори з недостатніми моделями шуму, ти можеш сформувати надмірно оптимістичний погляд на певні алгоритми.

Крім того, шум погіршується зі збільшенням кількості qubit, задіяних у багатьох алгоритмах. Шари, що використовуються для заплутування багатьох qubit, роблять схеми дуже складними/глибокими, що часто призводить до вищих рівнів шуму. Тому, якщо ти експериментуєш лише в масштабі симуляторів, тобі може здаватися, що підхід масштабується на сучасних квантових комп'ютерах, хоча насправді це не так.

Ключові висновки щодо симуляторів:

Якщо ти та твоє керівництво усвідомлюють ці застереження, цілком нормально використовувати симулятори для раннього навчання та налагодження. Але ділитися результатами з керівництвом, отриманими із симуляторів без шуму, у кращому випадку ризикує створити нереалістичні очікування щодо точності. У гіршому — це може спрямувати команду шляхом, який не буде плідним ще кілька років. Найкраща стратегія — якомога раніше в навчанні експериментувати зі справжніми квантовими комп'ютерами, можливо, доповнюючи це деяким використанням симуляторів. Використовуй симулятори з моделями шуму для налагодження коду і переконайся, що завдання, яке ти надсилаєш на справжній квантовий комп'ютер, виконується так, як ти очікуєш. Ти можеш час від часу використовувати симулятори без шуму для порівняльного аналізу результатів у малому масштабі, щоб краще зрозуміти вплив шуму.

Відповідальні квантові обчислення

Сценарій використання повинен приносити бізнес-цінність і бути відповідальним у своїй концепції та виконанні. У IBM Quantum ми прагнемо до відповідальних квантових обчислень, що розуміється як розробка квантових обчислень з усвідомленням їхньої потужності та потенційного впливу.

IBM Quantum дотримується п'яти принципів відповідальної розробки:

• Здійснювати позитивний вплив на суспільство.
• Досліджувати сценарії використання з далекоглядністю.
• Просувати свої продукти точно.
• Приймати послідовні й прозорі принципові рішення.
• Будувати різноманітну й інклюзивну квантову спільноту.

Ми вбудували відповідальність у свої ділові практики. У наших контрактах є положення, що зобов'язують клієнтів IBM Quantum використовувати наші квантові комп'ютери відповідально, не використовуючи їх у зловмисних або незаконних цілях. Ми називаємо це положеннями про відповідальне та прийнятне використання.

Як члени спільноти квантових обчислень, ти приймаєш важливі рішення щодо того, які сценарії досліджуєш. Ми сподіваємося, що ти також візьмеш участь у відповідальному розвитку квантових обчислень.

Стати квантово безпечним

Одним із способів захисту від безвідповідальної розробки та використання квантових технологій є наша пропозиція IBM Quantum Safe™, яка допомагає організаціям захищати свої дані та системи від квантових кібератак.

У міру дозрівання квантових комп'ютерів вони стануть викликом для класичних алгоритмів і протоколів шифрування, на яких тримається сучасна кібербезпека. Хоча ризики, найімовірніше, ще роки в майбутньому, кіберзлочинці вже можуть використовувати схеми «збирай зараз, розшифровуй пізніше» — зберігати дані сьогодні, поки не з'явиться достатньо потужний квантовий комп'ютер для їх розшифрування. Тим часом дані, які клієнти зберігають сьогодні, можуть потребувати конфіденційності протягом 30 і більше років.

IBM стала піонером у дослідженні та розробці квантово-безпечних рішень безпеки. У співпраці з академічними та промисловими партнерами дослідники IBM розробили три з чотирьох квантово-стійких методів шифрування, обраних Національним інститутом стандартів і технологій (NIST) Міністерства торгівлі США для пост-квантового криптографічного стандарту. Дослідники IBM також подали три нові схеми цифрового підпису як кандидати для стандартизації. Ми настільки впевнені в цих квантово-безпечних криптографічних рішеннях, що вже почали впроваджувати їх у нашій інфраструктурі, зокрема в z16 — першому у світі квантово-безпечному мейнфреймі, і в IBM Cloud®. Тепер, із технологіями та сервісами IBM Quantum Safe, ми використовуємо цю експертизу, щоб допомогти клієнтам перейти на квантово-безпечну криптографію.

Дізнайся більше про те, як ми підтримуємо організації на шляху до квантової безпеки, на сайті IBM Quantum Safe.

IBM Quantum Network

IBM підтримує своїх клієнтів у досягненні квантової готовності через IBM Quantum Network.

IBM Quantum Network — це всесвітнє об'єднання, що формує майбутнє квантових обчислень. Понад 250 партнерів мережі — компанії зі списку Fortune 500, університети, лабораторії та стартапи — разом будують квантову економіку.

Місія IBM Quantum Network:

• Прискорення досліджень — Співпраця з провідними академічними та дослідницькими організаціями для розвитку технологій квантових обчислень.
• Навчання та підготовка — Розширення та навчання екосистеми користувачів, розробників і спеціалістів з додатків, необхідних для впровадження та масштабування квантових обчислень.
• Розробка та запуск комерційних застосунків — Залучення лідерів галузі для поєднання квантової експертизи IBM із галузевою експертизою з метою прискорення розробки перших комерційних сценаріїв.

Давай розглянемо, як IBM Quantum може допомогти тобі підготуватися та зайняти лідерські позиції в цій новій ері завдяки нашим продуктам і сервісам, а також через участь у IBM Quantum Network. Ти також дізнаєшся, як залишатися в курсі розробок IBM Quantum.

IBM Quantum — це найбільш просунута квантова обчислювальна ініціатива у світі, спрямована на просування науки та освоєння бізнес-застосувань для квантової корисності. IBM вирізняється найстабільнішим і найпотужнішим апаратним забезпеченням, найповнішим набором програм і сервісів, найбільшим парком квантових комп'ютерів та найширшою мережею партнерів. IBM розгорнула 20+ квантових комп'ютерів у хмарі. Ці квантові комп'ютери використовувалися для 3+ трильйонів виконань (і їх стає більше), що призвело до появи 2800+ дослідницьких статей від 600 000+ користувачів.

Партнери IBM Quantum Network охоплюють широкий спектр інноваційних інституцій, зокрема стартапи, глобальних системних інтеграторів і консалтингові компанії, а також великі підприємства. Окрема категорія партнерів — Центри квантових інновацій; вони слугують елітними центрами експертизи у зростаючій та мінливій квантовій екосистемі. У деяких Центрах квантових інновацій є власні квантові комп'ютери. Багато з них діють як сторонні провайдери, лідери галузі, що розвивають квантову спільноту через пряме партнерство з IBM і слугуючи центральною точкою контакту для інших організацій.

Клієнти преміум-плану отримують членство в IBM Quantum Network як частину свого пакету. Це членство надає доступ до ексклюзивних зустрічей і обраних каналів, де діляться найновішими знаннями та ідеями в галузі квантових обчислень. Члени IBM Quantum Network активно співпрацюють і отримують вигоду від тісних робочих відносин із нашими штатними експертами.

Розвивай квантові кадри

Працівники твоєї організації швидко розвиватимуть квантові навички завдяки постійному спілкуванню з нашими штатними фахівцями через IBM Quantum Network. Члени команд отримують доступ до поглиблених навчальних програм та індивідуальних живих виступів від експертів IBM Quantum.

Приєднуйся до внутрішнього кола квантових технологій

Просувай свою роботу у співпраці з колегами та експертами IBM Quantum. Ось кілька мережевих подій, які варто мати на увазі:

• IBM Quantum Developer Conference: Щорічна подія, що об'єднує розробників з усього світу для ознайомлення з майбутніми оновленнями дорожньої карти IBM Quantum і практичних демонстрацій найсучасніших програмних інструментів IBM Quantum.
• IBM Quantum Partner Forum: Захід у форматі конференції для керівників IBM Quantum Network. Партнери мережі можуть отримати доступ до записів заходу.

Навігація по ресурсах IBM Quantum

Додай ці сторінки в закладки, щоб мати доступ до провідних ресурсів IBM Quantum:

• IBM Quantum Computing: Увійди зі своїм IBMid і скористайся перемикачем додатків у верхньому правому куті для вивчення набору застосунків, що підтримують твої квантові потреби:
  • IBM Quantum Platform — доступ до квантового комп'ютера IBM у хмарі
  • IBM Quantum Learning — курси, навчальні модулі та експерименти з Composer (незабаром)
  • IBM Quantum Documentation — щоб максимально використовувати інструменти та сервіси IBM
• Blog: Будь у курсі останніх новин, досліджень і подій від IBM Quantum
• Qiskit YouTube Channel: Цікаві лекції, поради та підказки, посібники, оновлення спільноти та ексклюзивний контент Qiskit. Підпишись на щотижневі відео Qiskit

Приєднуйся до наших спільнот:

• Qiskit Slack: Надішли запит на приєднання до робочого простору Qiskit у Slack і спілкуйся зі спільнотою фахівців та ентузіастів квантових обчислень

Note: This survey is provided by IBM Quantum and relates to the original English content. To give feedback on doQumentation's website, translations, or code execution, please open a GitHub issue.

• Qiskit Stack Exchange: Платформа запитань і відповідей для інженерів, вчених, програмістів та обчислювальних фахівців, зацікавлених у квантових обчисленнях з Qiskit
• IBM Quantum Stack Exchange: Простір Q&A на Stack Exchange про сервіс IBM Quantum — Circuit Composer
• IBM Quantum Events: Будь у курсі та бери участь у майбутніх квантових заходах
• IBM Quantum Newsletter: Підпишись на новини про квантові заходи, доступно лише для IBM Quantum Network.

Опитування після курсу

Приділи хвилину, щоб допомогти нам покращити наш сайт за допомогою короткого опитування. Ми використаємо зворотний зв'язок для покращення досвіду користувачів та надання чітких пояснень у курсі.

Ключові висновки

Зверни увагу на такі ключові висновки:

• Квантові технології дозріваються щодня і зараз перебувають на ранньому комерційному переломному моменті. Квантові технології здатні докорінно змінити бізнес, науку, освіту та державне управління. Вже зараз є кроки, які можна зробити для підготовки до майбутнього квантового впровадження.
• IBM Quantum Safe допомагає організаціям захищати свої дані, системи та застосунки за допомогою сучасної криптографії з квантово-стійкими алгоритмами та протоколами.
• Відповідальні квантові обчислення означають розробку квантових технологій з усвідомленням їхньої потужності та потенційного впливу.
• IBM Quantum Network — це об'єднання компаній зі списку Fortune 500, академічних установ, національних лабораторій і стартапів, які спільно працюють над розвитком квантових обчислень і запуском комерційних застосувань.