Квантовые вычисления: США делают ставку на 9 компаний, индустриальный поворот уже наступил

1947 год, королевская семья Дании присвоила Нильсу Борю дворянский титул.

Этот основоположник квантовой механики создал для себя очень особый семейный герб: в центре не лев, корона или щит, а изображение Инь-Ян. Вокруг него выгравирована латинская фраза: Contraria sunt complementa, что означает «Противоположности дополняют друг друга».

Это одна из важнейших идей Боря за всю жизнь: электроны одновременно как частицы и волны; свет обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Эти, казалось бы, противоречивые описания не отвергают друг друга, а вместе дают полное описание одного и того же мира.

Интересно, что через сто лет после этого мы вновь обсуждаем квантовые вычисления, и всё равно не можем обойтись без этой картины Инь-Ян. Квантовые вычисления — это не просто ускорение старых компьютеров, а признание того, что в самом фундаменте мира нет чёрного и белого, нуля и единицы. Это скорее пространство между 0 и 1, открывающее серую, текучую, полную возможностей область.

Долгое время квантовые вычисления казались далёкой от реальности наукой. У них есть физическая база уровня Нобелевской премии, бесчисленные статьи и лабораторные прорывы, но до жизни обычных людей и оценки на финансовых рынках всё равно казалось очень далеко.

Теперь ситуация изменилась.

21 мая 2026 года Министерство торговли США объявило: в рамках закона о чипах и науке, подписано меморандум о намерениях с 9 компаниями, связанными с квантовыми технологиями, планируется выделить 2,013 миллиарда долларов федеральных стимулов. В качестве условия, американское правительство получит у этих компаний миноритарные, неконтролирующие доли.

Это ещё один стратегический шаг после участия в ключевых отраслях — Intel, редкоземельных металлах, литиевых рудниках — через долевое участие. Влияние выходит далеко за рамки роста цен на связанные квантовые компании, важнее то, что США официально включили квантовые вычисления в список национальных стратегических отраслей, которые необходимо занимать заранее.

Когда частный капитал и государственный капитал одновременно вкладываются, а правительство начинает участвовать в этом секторе через доли, квантовые вычисления перестают быть лабораторной передовой разработкой и начинают становиться новой индустрией, которую инвесторы должны понять:

• Как они изменят реальный мир?

• Кто управляет ключевыми технологическими маршрутами?

• Какие компании уже вышли на рынок?

Что такое квантовые вычисления?

1. Ограничения классических вычислений

Перед обсуждением квантовых вычислений важно понять, как работают современные — от персональных ПК до суперкомпьютеров — классические вычисления, на которых построен весь наш мир.

Классический компьютер оперирует минимальной единицей — битом, который может быть только 0 или 1. Это как выключатель: включён или выключен.

Изображение, видео, банковский перевод, модель ИИ — всё в конечном итоге разбивается на огромное количество 0 и 1.

Например, слово Apple на компьютере не понимается напрямую. Оно сначала разбивается на символы: A, p, p, l, e. Каждый символ имеет свой код, например, в ранней ASCII-кодировке A — 65, в двоичной системе 01000001; p — 112, двоично 01110000. В итоге слово Apple в низкоуровневом виде превращается в последовательность 0 и 1. Далее, по шрифтовым файлам компьютер знает, как выглядит каждая буква; по пикселям экрана — какие точки светятся, какие темные, какого цвета. И только так мы видим на экране целое слово.

Классические компьютеры не понимают сами по себе текст, изображения или видео. Они просто переводят всё в 0 и 1 и очень быстро обрабатывают эти данные. Современный цифровой мир построен именно на этом «глупом» подходе. Он очень мощный: за последние десятилетия все интернет-сервисы, смартфоны, игры, облачные вычисления, ИИ — всё основано на 0 и 1.

Но у бита есть границы, потому что некоторые задачи — не просто «недостаточно быстрые» — а настолько сложные, что даже при использовании всей вычислительной мощности Земли их решить за разумное время невозможно. Например, 100-значный двоичный пароль — это 2 в степени 100 вариантов, и взломать его на современном «топовом» ПК, даже при очень оптимистичных условиях, займёт около 180 миллиардов лет.

Если же увеличить длину пароля до 128 бит и использовать самую мощную в мире суперкомпьютер El Capitan, при условии, что проверка каждого пароля — одна операция, то потребуется около 6 триллионов лет. А возраст Вселенной — примерно 13,8 миллиардов лет, то есть взлом потребует в 430 раз больше времени, чем существует Вселенная.

При увеличении до 256 бит — время взлома станет в 1,45 × 10⁴¹ раз больше возраста Вселенной, то есть около 145 с последующими 39 нулями лет — и даже Вселенная не сможет этого дождаться.

Человечество уже почти исчерпало возможности ускорения на чипах для решения таких задач.

При столкновении с экспоненциальным ростом сложности классические компьютеры используют два подхода:

• Либо перебор — пока не исчерпают все возможности;

• Либо приближение — прибегая к приближенным алгоритмам, получая «достаточно хорошее» решение, но не идеально.

И так, как и миллионы лет эволюции, мы ищем новую парадигму вычислений.

2. Удивительный мир квантовых вычислений

Минимальная единица квантового компьютера — кьюбит (qubit), квантовая битва. В отличие от классического 0 или 1, квантовый кьюбит перед измерением находится в суперпозиции — одновременно и 0, и 1.

Это звучит странно. Объясню на метафоре: возьмём две карты — туз и король. Не открывая их, мы выбираем одну и кладём на стол. Мы не знаем, какая карта — туз или король, но она уже определена. В классическом мире — да, она точно одна из них.

В квантовом мире — нет. Пока мы не посмотрим, карта находится в состоянии «и туз, и король одновременно». Только при измерении, при открытии карты, она «выбирается» — и становится либо тузом, либо королём. Это настолько противоречит нашему опыту, что кажется фантастикой: наше наблюдение влияет на результат, и это полностью меняет наше понимание мира.

Конечно, пример упрощён. В квантовой механике «наблюдение» — не просто «посмотрел и узнал», а взаимодействие измерительного прибора и окружающей среды, которое меняет состояние системы.

Классический бит — детерминирован: 0 или 1.

Квантовый кьюбит — вероятностный: до измерения он в суперпозиции, после — либо 0, либо 1.

В классическом компьютере два бита могут находиться только в четырёх состояниях: 00, 01, 10, 11.

В квантовом — в суперпозиции всех четырёх одновременно. Чем больше кьюбитов, тем больше возможных состояний:

• Три кьюбита — 8 состояний.

• Десять кьюбитов — 1024 состояния.

• Пятьдесят кьюбитов — около 10 миллионов миллиардов.

• Триста кьюбитов — больше, чем атомов во всей наблюдаемой Вселенной.

Как эти свойства превращаются в вычисления? Для этого нужны квантовые алгоритмы, которые усиливают правильный ответ и подавляют неправильный, так что при измерении правильный ответ становится более вероятным.

Пример: классический компьютер — это как человек, идущий в темноте по множеству дорог, проверяя каждую по очереди. Если дорога неправильная — он возвращается и ищет другую.

Квантовый компьютер — это как волна, охватывающая все дороги одновременно. Алгоритм — это как волновая интерференция, которая усиливает правильный ответ и подавляет неправильные.

Квантовые вычисления — это совершенно иной способ поиска решений:

Классические — пробуют по очереди. Квантовые — используют суперпозицию, интерференцию и амплитуду вероятностей.

Это их принципиальное отличие.

• Быстрый классический компьютер всё равно работает с 0 и 1.

• Квантовый — использует законы микромира: суперпозицию, интерференцию, измерение.

При решении задач по взлому паролей классический компьютер проверяет каждую комбинацию по отдельности. Квантовый — одновременно знает о множестве вариантов и использует алгоритмы, чтобы выделить правильный.

Это превращает квантовые вычисления в своего рода «естественный язык» природы: они ближе к тому, как устроена сама Вселенная. Фейнман говорил: «Натура не классична. Если хочешь моделировать природу, делай её квантовой».

Именно поэтому рано или поздно человечество создаст машину, которая работает по квантовым законам, чтобы вычислять именно этот квантовый мир.

3. Как изменит мир квантовая революция?

Квантовые вычисления — не панацея. Для повседневных задач — просмотр видео, работа с таблицами, игры, обучение больших моделей — классические компьютеры остаются лучшими. Они не станут быстрее.

Но их ценность — в решении узкоспециализированных задач, где пространство вариантов огромно, а структура задачи позволяет использовать квантовые интерференции. В таких случаях ускорение — не в 2, 10 или 100 раз, а в принципе — от невозможности посчитать до возможности.

Наиболее яркие примеры — три категории задач.

Первая — криптография

Сегодня безопасность интернета, банковских систем, шифрование переписок — во многом основана на RSA, ECC. В 1994 году Питер Шор из Bell Labs предложил квантовый алгоритм — алгоритм Шора. Он показывает, что при наличии достаточно мощного квантового компьютера можно за короткое время взломать RSA и ECC.

Это так называемый Q-Day — «Квантовая дата апокалипсиса».

Когда появится такой компьютер, все текущие системы шифрования — под угрозой. Особенно опасно «перехватить сейчас и расшифровать потом»: злоумышленник может сохранить зашифрованные данные и, когда квантовые компьютеры станут доступны, расшифровать их задним числом. Это — огромная угроза для банков, правительств, секретных данных.

Это не просто гипотеза — это реальный риск, потому что все современные системы безопасности основаны на сложных математических задачах, которые квантовые алгоритмы могут решить быстрее.

Именно поэтому США и другие страны вкладываются в развитие квантовых технологий, чтобы опередить потенциальных злоумышленников и обеспечить безопасность.

Вторая — моделирование молекул

Физик Ричард Фейнман в 1981 году предложил использовать квантовые компьютеры для моделирования молекул. Почему? Потому что электронные взаимодействия — это квантовая проблема. Классические компьютеры сталкиваются с экспоненциальным ростом сложности при моделировании сложных систем.

Квантовые компьютеры могут делать это гораздо эффективнее, потому что сами являются квантовыми системами. Они могут моделировать другие квантовые системы, что позволяет точнее предсказывать электронные структуры, реакции и свойства новых материалов, лекарств, батарей.

Это ускорит разработку новых лекарств, материалов, катализаторов, энергетических решений. В будущем — возможность лечить рак, создавать новые материалы и достигать новых высот в науке.

Третья — оптимизация

Множество практических задач — логистика, маршрутизация, планирование производства, финансовое моделирование — сводится к поиску лучшего решения из огромного числа вариантов.

Классический компьютер проверяет каждое решение по очереди, что быстро становится невозможным при росте числа вариантов.

Квантовые алгоритмы — такие как квантовая оптимизация — используют суперпозицию и интерференцию, чтобы повысить вероятность нахождения хорошего решения.

Это не значит, что квантовые компьютеры заменят все. Но в узкоспециализированных задачах они могут дать значительный прорыв.

Общая идея: квантовые вычисления — это не замена обычных устройств, а инструмент для решения тех задач, которые классика решить не может или очень долго.

Это меняет основы многих отраслей: криптографию, материалы, фармацевтику, финансы, оборону — все, что связано с обработкой огромных пространств вариантов и структур.

4. Ключевые этапы развития квантовых вычислений

Кьюбиты очень чувствительны. Малейшее воздействие — температура, электромагнитные шумы, вибрации — вызывает ошибки. Чтобы сделать квантовые компьютеры реально рабочими, нужно объединить множество физических кьюбитов в более устойчивые логические кьюбиты.

Здесь есть важный порог — порог коррекции ошибок. Можно представить, что много людей переписывают один и тот же текст. Если каждый ошибается слишком часто, то исправить ошибку невозможно. Но если ошибки случаются редко, то при помощи нескольких копий можно исправить большинство ошибок и получить точный результат.

Это и есть квантовая коррекция ошибок.

Когда уровень ошибок физических кьюбитов падает ниже этого порога, можно строить более крупные системы, где логические кьюбиты — это объединение физических, и ошибки снижаются. Тогда система становится всё более стабильной.

Это называется «преодоление порога коррекции ошибок». И впервые это удалось сделать в конце 2024 года: у Google на чипе Willow уровень ошибок Λ = 2.14, что означает, что при увеличении кода в два раза, ошибки уменьшаются примерно в 2.14 раза. Это — переход через критический порог.

После этого компании как Quantinuum, IonQ, QuEra и другие начали демонстрировать системы, которые тоже преодолели этот порог.

Преодоление порога — это поворотный момент: теперь вопрос не «можем ли мы сделать квантовый компьютер», а «когда он станет практическим».

Следующий этап — это не «можем ли мы сделать», а «когда мы сделаем».

И вот, примерно с конца 2024 года, начинается новая эра.

Итог:
Квантовые вычисления — это не просто новая технология, а принципиально иной способ обработки информации, основанный на законах микромира. Они уже показывают свои возможности в области криптографии, моделирования и оптимизации. В ближайшие годы они могут изменить основы безопасности, науки и экономики, если преодолеют ключевые технические барьеры.