РЫНКИ ХЕЛСНЕТА
ДУШКИН РОМАН ВИКТОРОВИЧ
ЭКСПЕРТ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА ДЛЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ
В БЛИЖАЙШЕМ БУДУЩЕМ
КАК КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕНЯТ
ПРИМЕНЕНИЕ СКВОЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЫНКА ХЕЛСНЕТ
Знакомы ли вы с квантовыми технологиями и тем, как они нам могут пригодится?
Квантовая революция
Мы стоим на пороге второй квантовой революции. Первая дала нам лазеры, магнито-резонансную томографию, точную навигацию и многие другие классные прикладные штуки, которые мы сегодня используем, даже не задумываясь над тем, что в их основе лежат квантовые эффекты. Не задумываемся просто потому, что квантовая механика — вообще очень контринтуитивная наука. Мы не будем сейчас в неё погружаться, но главный постулат говорит о том, что квантовые системы не локализованы точно, а эволюционируют в соответствии с уравнением Шрёдингера, которое представляет собой линейное дифференциальное уравнение, описывающее динамику волновой функции по времени. Другими словами, квантовые объекты находятся как бы одновременно во многих точках пространства и даже времени. И вот из этого контринтуитивного свойства квантовых систем следует всё остальное, что мы знаем про квантовый мир.
4 квантовых угла
Теперь давайте кратко пробежимся по тем квантовым технологиям, которые будут лежать в основе второй квантовой революции. Я выделяю четыре таких технологии — это квантовая сенсорика, квантовая теория информации, квантовый компьютер и квантовые вычисления. Рассмотрим каждую технологию.
  1. Квантовая сенсорика — это создание датчиков квантовых размеров и точности. Ведь получается как — квантовая система очень чуткая, и она мгновенно реагирует со средой, её волновая функция схлопывается, а мы говорим — декогерирует. И вот это свойство можно использовать для измерения различных параметров. Самые главные свойства квантовых сенсоров — их высокое разрешение в пространстве и времени, а также неинвазивность. Последнее подразумевает, что мы не нарушаем объект измерения.
  2. Квантовая передача информации — это активно развивающаяся область исследований, которая открывает широчайшие возможности по абсолютно защищённому кодированию информации и создания абсолютно защищённых квантовых каналов связи. Всё основывается на том же принципе декогеренции квантовой системы при взаимодействии со средой или измерительным прибором. Если зловредное лицо попытается вмешаться в передачу, то оно нарушит квантовую природу передаваемой информации, что может быть достоверно обнаружено.
  3. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления — это две стороны одной медали. Это как аппаратное и программное обеспечение для обычных компьютеров, только теперь используется новая вычислительная модель — квантовая. Здесь используется то свойство, что квантовая система одновременно находится в разных состояниях, в суперпозиции. И сегодня уже разработано большое количество алгоритмов.
  4. Но самое важное — это то, что квантовые вычисления позволят решать так называемую задачу Фейнмана, которая заключается в моделировании произвольной квантовой системы. Это откроет широчайшие возможности от проектирования материалов и веществ до создания наноботов. Но на классическом компьютере это невозможно, так как задача экспоненциальна, а вот квантовый компьютер справится с ней за полиномиальное время и на полиномиальном числе кубитов.
В общем, понимаю, что это было непросто. Но квантовые технологии — это непростая вещь. А теперь расскажу своё видение того, как новые квантовые технологии изменят Хелснет. Поехали…
Итак, задача Фейнмана
Впервые её сформулировал Юрий Иванович Манин, который предложил использовать квантовый компьютер для моделирования квантовых систем. Но популяризировал тему известный Ричард Фейнман, который показал, что раз имеющейся у нас вычислительной архитектуры компьютеров не хватает для моделирования квантовых систем, то для решения этой задачи надо использовать другие квантовые системы. Так и родилась идея квантового компьютера как аналогового устройства для моделирования произвольных квантовых систем.
Что нам даст это в прикладном аспекте? Если мы можем моделировать динамику произвольной квантовой системы, то мы можем проектировать вещества с заданными свойствами. Это главное следствие, которое будет нам доступно после решения задачи Фейнмана. Как это будет происходить? Берём квантовый компьютер, описываем условия среды, в которой должно функционировать вещество, определяем начальные условия для поиска и запускаем. За полиномиальное время мы сможем найти примеры молекул, которые так или иначе подходят под ограничения. Ведь что? Молекула — это и есть квантовая система, которую мы и будем моделировать. А поскольку мы теперь не ограничены экспоненциальным взрывом, мы можем моделировать гигантские молекулы — РНК, полипептиды и даже белки, состоящие из тысяч аминокислот, каждая из которых состоит из десятков атомов.


Дизайн веществ
И, в общем-то, это откроет нам широчайшие возможности для проектирования лекарственных веществ. Сейчас это делается при помощи этакого «слепого» процесса, когда часто вещества находятся случайно. Только-только мы подошли к произвольному дизайну молекул, но это очень сложно. А будет легко, и когда нам надо будет сделать антагонист рецептора на потенциалзависимом ионном натриевом канале первого типа, то мы опишем задачу на языке биохимического программирования высокого уровня, а квантовый компьютер разработает стабильную молекулу. Вуа-ля, лекарство сделано. Ведь большинство лекарств — это агонисты или антагонисты различных рецепторов на липидных мембранах клеток нашего организма. Ну и другие молекулы будут делаться именно так.
То есть понимаете — мы будем не слепо искать молекулы подбором, а формулировать требования к ним на языке высокого уровня, после чего квантовый компьютер осуществит подбор. Это же просто космос. Вернее, микрокосмос!
Метаболизм
За молекулами в очереди на моделирование стоят метаболические пути. Ведь каждая молекула в организме проходит какой-то путь от зарождения до исчезновения, преобразуясь на своём пути. Например, выпили вы немного алкоголя, и этанол распространился по вашему организму. Далее в дело вступает фермент алкогольдегидрогеназа, которая превращает этанол в ацетальдегид. Далее за дело принимается ацетальдегидегидрогеназа, которая преобразует ацетальдегид в уксусную кислоту. Затем ацетилкофермент-А принимает молекулы уксусной кислоты в цикл Кребса, дыхательный цикл клеток нашего организма. Это простой метаболический путь. Для некоторых веществ такие пути состоят из десятков преобразований, на каждом шаге может быть нарушение. И вот моделирование этих метаболических путей поможет сделать квантовый компьютер. Поскольку это становится «дёшево», то мы сможем делать это для каждого конкретного человека с учётом всех особенностей его биохимии. Персональная медицина проявляется ещё сильнее. С учётом технологий Искусственного Интеллекта это будет поистине прорыв в здравоохранении и персональной медицине.


ИИ - искусственный иммунитет
Наконец, ещё одна важная технология, которая нас ждёт — это медицинские наноботы. Они также будут разрабатываться на основе решения задачи Фейнмана, но уже с применением достижений теории вычислений. Другими словами, это будут программируемые молекулярные комплексы, которые будут создаваться для решения каких-либо определённых задач. Первая задача, которая приходит в голову, — создание искусственной иммунной системы. Медицинские наноботы, заполнившие организм, все его ткани и физиологические жидкости, вычищают его от зловредных агентов, с которыми не справляется собственная иммунная система. Рак и вирусные заболевания уйдут в прошлое, пропадут как страшный сон. Насморк? Забудьте…


В общем, нас ждёт классное будущее. Квантовые технологии открывают широчайшие возможности для использования на рынках Хелснета. Решение задачи Фейнмана при помощи квантовых компьютеров позволит проектировать молекулы с заданными свойствами, исследовать метаболические пути и создавать медицинские наноботы. И неинвазивные квантовые сенсоры позволят осуществлять непрерывный и точный мониторинг жизненных показателей, предупреждая развитие патологий.
резюме
КТ в Хелснете:
  • Разработка новых лекарств
  • Персонализированное моделирование метаболических путей
  • Неинвазивный мониторинг
  • Медицинские наноботы
дополнительные материалы
Книги:
  1. Душкин Р. В. Квантовые вычисления и функциональное программирование. — М.: ДМК-Пресс, 2015. — 232 стр., ил. — ISBN 978-5-97060-275-1.
Курсы:
Курс ФРОО «Квантовые технологии».