У січні в Давосі, на тлі розмов про штучний інтелект і геополітику, одна з найцікавіших дискусій стосувалася технології, про яку більшість людей ще майже не думає. Фізик Джон Мартініс, лауреат Нобелівської премії за відкриття 1985 року, що зробило квантові комп’ютери можливими, сьогодні знову стоїть на передньому краї — вже як засновник стартапу, який робить ставку на радикально масштабоване квантове «залізо».
Саме його робота з квантового тунелювання в макроскопічних електричних колах запустила поле, яке через десятиліття привело до проривів Google у квантових процесорах. У грудні 2024 року компанія показала чип, що виконав обчислення за хвилини, тоді як сучасним суперкомп’ютерам на це знадобилося б більше часу, ніж існує Всесвіт. Тепер Мартініс намагається перетворити фундаментальну фізику на промислову платформу — з мільйонами кубітів і загальновживаними квантовими машинами.
Як «квантова стіна» стала машиною: експеримент 1985 року
Квантова механіка десятиліттями сприймалася як щось, що «живе» всередині атомів і молекул. У підручниках її пояснювали через електрони, фотони, енергетичні рівні — але точно не через реальні електричні схеми розміром з людську долоню.
У 1985 році Мартініс продемонстрував, що це уявлення надто вузьке. Він побудував макроскопічне електричне коло — «процесор» того часу, але не з транзисторів, а з надпровідних елементів. І показав, що струми та напруги в цьому цілком реальному пристрої підкоряються квантовій механіці й демонструють тунелювання.
Класична інтуїція підказує: якщо кинути м’яч у стіну, він відскочить. У квантовому світі є інший сценарій: частинка має певну ймовірність «опинитися» по той бік бар’єра, не долаючи його звичним шляхом. Це і є тунелювання.
Ключовий момент роботи Мартініса полягав у тому, що це тунелювання відбувалося не в абстрактній моделі й не в окремому електроні, а в макроскопічному електричному колі. Система, яку можна побачити, зібрати, під’єднати до вимірювальної апаратури, поводилася як гігантський «квантовий об’єкт», що стрибає між станами через енергетичний бар’єр.
Це відкриття мало дві фундаментальні наслідки. По?перше, воно зняло психологічний бар’єр: квантова механіка — не лише про мікросвіт, її можна «вмонтувати» в інженерні системи. По?друге, воно дало конкретну архітектуру, на якій згодом можна було будувати квантові біти — кубіти.
Саме за цю демонстрацію квантового тунелювання в макроскопічному електричному колі Мартініс отримав Нобелівську премію. Його експерименти стали відправною точкою для цілого напряму — надпровідних квантових схем, які сьогодні лежать в основі більшості промислових квантових процесорів.
Від фундаменту до «вікна у Всесвіт»: як це привело до прориву Google
Після 1985 року інші групи почали розвивати ідею: якщо макроскопічне коло може поводитися квантово, його можна спроєктувати так, щоб воно мало два добре визначені квантові стани — аналог «0» і «1». Так з’явилася концепція надпровідних кубітів.
Ці кубіти — не абстракція. Це мікросхеми, охолоджені до наднизьких температур, де струм може текти одночасно в двох напрямках, а енергія системи існує в суперпозиції. Саме така фізика «природно вписується» в архітектуру квантового комп’ютера, як пояснює Мартініс.
Довгий ланцюжок робіт — від перших демонстрацій тунелювання до стабільних кубітів — врешті привів до того, що великі технологічні компанії, зокрема Google, почали будувати квантові процесори.
У грудні 2024 року Google представила чип, який виконав спеціально підібране квантове обчислення за лічені хвилини. Для класичних суперкомп’ютерів аналогічне завдання, за оцінками дослідників, потребувало б часу, що перевищує вік Всесвіту. Це не «корисна» задача в прикладному сенсі, а радше демонстрація принципу: існують класи обчислень, де квантова машина належить до іншої категорії, ніж будь-який класичний комп’ютер.
Цей результат часто порівнюють із першим польотом братів Райт: він не перевозив пасажирів через океан, але довів, що принципово новий тип машини працює. І в цьому сенсі лінія, що починається з тунелювання в макроскопічному колі 1985 року, тягнеться до квантового процесора Google 2024?го прямою науково?інженерною траєкторією.
Навіщо взагалі потрібні квантові комп’ютери: від молекул до ліків
Коли мова заходить про квантові комп’ютери, уяву часто захоплюють абстрактні «експоненційні прискорення» або страхи щодо криптографії. Але Мартініс наголошує на іншому: перші практичні вигоди, ймовірно, прийдуть із симуляції молекул і матеріалів.
Сьогодні інженери звикли проєктувати світ у цифровому вигляді. Кухні, механічні деталі, електронні схеми — усе це моделюється на комп’ютері до того, як потрапити в реальне виробництво. Це дешевше, швидше й дозволяє перебрати тисячі варіантів, перш ніж зупинитися на одному.
З молекулами так не працює. Класичні комп’ютери дуже погано масштабуються для точного моделювання складних квантових систем, якими є хімічні сполуки. Навіть відносно невеликі молекули стають обчислювальним кошмаром, якщо намагатися описати їхню поведінку з високою точністю.
Квантовий комп’ютер, побудований з кубітів, які самі підкоряються квантовим законам, природно підходить для симуляції інших квантових систем. Це означає можливість «збирати» молекули у віртуальному квантовому просторі так само, як сьогодні інженери «збирають» двигуни в CAD?системах.
У фармацевтиці це може мати величезний економічний ефект навіть без революційних проривів. Мартініс звертає увагу: розробка ліків — надзвичайно дорога й тривала. Якщо квантові симуляції дозволять покращити розуміння того, як працює молекула, хоча б на один–кілька відсотків, це вже може бути «дуже цінним» і «вартим великих грошей» для компаній.
Йдеться не про магічне створення «пігулки від усіх хвороб», а про поступове, але системне підвищення якості рішень: краще відсівати невдалі кандидати на ранніх етапах, точніше прогнозувати взаємодії, ефективніше планувати клінічні випробування. У масштабі індустрії навіть кілька відсотків доданої ефективності перетворюються на мільярди доларів.
Саме такі прикладні сценарії лежать в основі оптимістичних прогнозів. За даними звіту Quantum Insider, на який посилається Мартініс, у найбільш сприятливому сценарії квантові технології можуть згенерувати близько 1 трлн доларів економічної цінності протягом наступних десяти років — за умови, що вдасться знайти «корисні речі, які можна робити» на цих машинах.
Чому без кращих кубітів не буде трильйонного ринку
Між сьогоднішніми демонстраційними квантовими чипами й мрією про загальновживані квантові комп’ютери лежить серйозний розрив. Мартініс описує його як «розрив між апаратним забезпеченням і алгоритмами».
З одного боку, є теоретики й розробники, які вигадують алгоритми — від симуляції хімії до оптимізації. Писати софт відносно дешево: потрібні люди, час і комп’ютери, але не фабрики. Тому більшість стартапів у квантовій сфері тяжіють до «легкої» частини стеку — програмного забезпечення й сервісів.
З іншого боку, є апаратний рівень. Сучасні квантові процесори оперують сотнями фізичних кубітів, які є крихкими, шумними й помиляються. Для того щоб отримати один логічний, надійний кубіт, потрібні десятки або сотні фізичних, об’єднаних схемами квантової корекції помилок.
Мартініс переконаний: справжня цінність відкриється лише тоді, коли вдасться побудувати загальнопризначений, помилкостійкий квантовий комп’ютер — не на сотнях, а приблизно на мільйоні фізичних кубітів. Саме на такому рівні можна буде запускати складні алгоритми з контрольованою точністю, не боячись, що шум зруйнує обчислення раніше, ніж вони завершаться.
Сьогодні індустрія перебуває далеко від цієї позначки. Але, на думку Мартініса, шлях до неї не лежить через ще один «гарний алгоритм» поверх слабкого заліза. Спочатку потрібно зробити самі кубіти кращими, стабільнішими й придатними до масового виробництва. Лише тоді алгоритмісти отримають реальний полігон для випробувань, а не лабораторну іграшку.
Це не означає, що алгоритми неважливі. Навпаки, Мартініс підкреслює взаємодію: що кращим стає залізо, то більше реальних експериментів можна провести, то швидше з’являється розуміння, які саме алгоритми працюють, а які — ні. Але в цій взаємодії він бачить чіткий пріоритет: без прориву в апаратному забезпеченні «великої» цінності не буде.
Ставка на надпровідні кубіти й напівпровідникові фабрики
Новий стартап Мартініса робить саме цю «важку» ставку. На відміну від багатьох гравців, які будують бізнес на софті, сервісах або нішевих квантових акселераторах, він свідомо йде в капіталомісткий, ризикований сегмент — розробку й масштабування апаратного забезпечення.
Мартініс описує це без ілюзій: з точки зору витрат це «точно неправильна річ», якщо дивитися на короткострокову економіку. Але якщо вдасться, винагорода може бути колосальною. Він порівнює цю стратегію з історією Nvidia: компанія зробила ставку на графічні процесори задовго до того, як стало зрозуміло, що вони стануть основою для штучного інтелекту.
Сьогодні Nvidia не володіє фабриками — їхні чипи виробляє TSMC, — але саме глибоке розуміння архітектури, проєктування й системної інтеграції зробило її однією з найдорожчих компаній світу. Мартініс бачить подібну можливість у квантовому залізі: якщо вдасться стати тим, хто «знає, як зібрати систему», це може принести непропорційно велику цінність.
Технічно його компанія робить ставку на надпровідні кубіти — ту саму платформу, яку він допомагав створювати з нуля. Сьогодні, за його словами, їхнє виробництво все ще значною мірою «академічне» або навіть «артизанальне»: багато ручної роботи, нестандартизовані процеси, обмежена повторюваність.
Амбіція стартапу — перевести це в режим промислового напівпровідникового виробництва. Використовувати усталені інструменти й процеси, які вже десятиліттями відточуються в індустрії мікроелектроніки, але адаптувати їх до надпровідних структур.
Якщо це вдасться, надпровідні кубіти перестануть бути штучним лабораторним продуктом і стануть тим, чим стали транзистори в середині XX століття: стандартизованим, масовим будівельним блоком, який можна масштабувати від сотень до мільйонів екземплярів на одному чипі.
Це не просто інженерна задача, а стратегічна ставка на те, що саме надпровідна платформа, а не, скажімо, іонні пастки чи фотонні системи, стане основою перших великих квантових машин. Мартініс не заперечує, що стартапу, можливо, доведеться «півотнути» — змінити акценти чи ринки. Але одна річ для нього незмінна: потрібно зробити кубіти кращими й навчитися масштабувати їх.
«Дефінітний оптиміст» у світі невизначених ставок
Щоб зрозуміти, як Мартініс мислить про майбутнє квантових технологій, він сам пропонує корисну рамку — з книги Пітера Тіля «Zero to One». Тіль ділить людей на «дефінітних» і «індефінітних» оптимістів. Перші мають чітке уявлення, що саме потрібно будувати, другі вірять у краще майбутнє, але не мають конкретного плану.
Мартініс відносить себе до першої категорії. Він хоче «знати, що будувати», і вважає, що в квантовій сфері це означає: будувати кращі кубіти й масштабоване залізо. У полі, де багато гравців розпорошуються між десятками можливих застосувань, він свідомо концентрується на одному «дефінітному» завданні.
Це не означає, що він ігнорує ринок чи потенційні застосування. Навпаки, він визнає, що стартапу, ймовірно, доведеться адаптуватися, коли з’являться нові ідеї й запити. Але фундаментальна передумова для будь-якого сценарію, на його думку, одна: без надійного, масштабованого заліза всі інші плани залишаться на рівні презентацій.
У цьому сенсі його позиція контрастує з більшістю американської інноваційної екосистеми, яку він описує як світ «індефінітних оптимістів» — людей з безліччю ідей про те, як квантові технології змінять фінанси, логістику, штучний інтелект, але без чіткого плану, як дістатися до мільйона кубітів.
Від AI до квантового світу: чому «наступна хвиля» знову про залізо
Сьогоднішня технологічна епоха асоціюється насамперед із програмним забезпеченням і штучним інтелектом. Але історія квантових обчислень, яку втілює кар’єра Мартініса, нагадує: радикальні зрушення часто починаються з фундаментальних змін у фізиці пристроїв.
Інтернет не зробив бібліотеки «трохи швидшими» — він зробив їх у багатьох аспектах зайвими. Штучний інтелект не просто покращив пошукові системи — він запропонував інший спосіб отримувати відповіді. Квантові комп’ютери, якщо їх вдасться довести до промислового масштабу, не просто прискорять наявні обчислення. Вони створять нову категорію машин, здатних вирішувати задачі, які для класичних комп’ютерів практично недосяжні.
Сьогоднішні демонстрації — від експериментів 1985 року до процесора Google 2024?го — показують, що фізика дозволяє це зробити. Наступний етап — перетворити цю фізику на інженерію: від «квантової стіни», крізь яку тунелює електричний струм, до мільйонів надійних кубітів на чипі, виготовленому на звичайній напівпровідниковій фабриці.
Мартініс робить ставку на те, що саме тут, у «брудній» роботі над залізом, і лежить головний важіль майбутнього квантового ринку. Це висока ставка з високим ризиком — але історія Nvidia показує, що іноді саме такі рішення визначають наступне десятиліття технологій.
Висновок: від лабораторного ефекту до інфраструктури майбутнього
За чотири десятиліття шлях Джона Мартініса пройшов від демонстрації квантового тунелювання в макроскопічному колі до спроби побудувати промислову квантову платформу. Його експерименти 1985 року довели, що квантова механіка може працювати в реальних електричних пристроях, а не лише в атомах. Це створило поле, з якого виросли кубіти й сучасні квантові комп’ютери.
Прорив Google у 2024 році показав, що квантові процесори вже сьогодні здатні виконувати обчислення, які для класичних машин практично недосяжні. Але до того моменту, коли квантові комп’ютери стануть повсякденною інфраструктурою — для моделювання молекул, розробки ліків, матеріалознавства й інших галузей, — ще далеко.
На думку Мартініса, ключ до цього майбутнього — не в черговому алгоритмі чи сервісі, а в апаратному забезпеченні: кращих кубітах, масштабованих до приблизно мільйона фізичних екземплярів, і виробництві, яке спирається на перевірені напівпровідникові процеси. Його стартап робить ставку саме на це, приймаючи ризик, подібний до того, який колись узяла на себе Nvidia з GPU.
Якщо ця ставка спрацює, квантові комп’ютери можуть пройти той самий шлях, що й класичні: від лабораторних експериментів до невидимої, але критичної інфраструктури, яка визначає, що взагалі можливо в науці, бізнесі й технологіях.