КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

РБК Тренды выяснили, какие квантовые системы сегодня разрабатывают ученые всего мира

Инвесторы верят в будущее квантовых систем. Летом 2021 года калифорнийский стартап PsiQuantum смог привлечь $ 450 млн на создание квантового компьютера с миллионом кубитов, даже не имея рабочего прототипа. Эта сумма больше, чем все инвестиции в область квантовых вычислений в 2019 году в США. PsiQuantum планирует разработать и наладить производство квантовых компьютеров на базе фотонов. А другой стартап под названием Rigetti уже собрал 19-кубитный сверхпроводниковый процессор, который доступен онлайн через свою среду разработки под названием Forest.

Пионер отрасли, канадская D-Wave, в 2020 году начала предлагать работу с 5000-кубитовыми квантовыми компьютерами Advantage для бизнеса. С ними можно взаимодействовать через облако. Система способна разбивать большую задачу на части для решения классическим и квантовым способами. Однако такие компьютеры не являются универсальными, а используются для решения определенной задачи в качестве вычислителей.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Google после презентации Sycamore заявила, что потратит несколько миллиардов долларов на создание к 2029 году коммерческого квантового компьютера. Компания планирует предлагать свои услуги через облако. Google хочет создать машину на миллион кубитов, а ее текущие системы включают менее 100 кубитов.

В 2020 году специалист по квантовой физике Алессандро Бруно и выпускник технологического университета TU Delft Маттейс Райлаарсдам основали компанию QuantWare. Она занялась выпуском общедоступных 5-кубитных чипов. Они могут работать с современными электронными устройствами, но лишь в условиях сверхнизких температур.

А в Китае стартап Shenzhen SpinQ Technology в 2021 году представил квантовый компьютер стоимостью всего около $ 5 тысяч. По размеру он почти такой же, как системный блок обычного ПК.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Система разработана для школ и колледжей и умеет оперировать только двумя кубитами. Поставки первых SpinQ уже идут в Тайвань, Гонконг и Осло. Разработчики надеются, что системы позволят ученикам понять базовые принципы работы квантовых вычислителей.

В январе 2019 года IBM объявила о выпуске Quantrum System One, первой в мире модели квантового компьютера для бизнеса. Устройство помещено в гладкий стеклянный корпус объемом 9 кубических футов.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Осенью 2020 года IBM представила дорожную карту развития своих квантовых компьютеров. Компания собирается в 2023 году создать квантовый компьютер с 1121-кубитовым процессором. Долгосрочная цель — построить квантовую систему на миллион кубитов. Компания считает, что появление систем с 1000 кубитами снимет ограничения для коммерческого использования квантовых систем.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

В 2021 году IBM запустила первый Q System One за пределами США, в Германии. Это самый мощный коммерческий квантовый компьютер в Европе, который имеет процессор в 27 кубитов. Систему будет использовать научно-исследовательский институт Фраунгофера.

Intel в январе 2018 года объявила о поставке тестового квантового процессора с 49 кубитами под названием Tangle Lake. Но более интересна работа другого подразделения компании, которое пытается разработать кубиты из традиционного кремния. Толщина таких кубитов составляет всего около 50 нанометров, или 1/1500 ширины человеческого волоса. Это открывает возможности для производства крошечных квантовых процессоров с миллионами кубитов, которые можно охлаждать почти до абсолютного нуля. Кстати, компания работает и над этим. Инженеры Intel совместно с компанией QuTech разрабатывают систему контроля «горячих» кубитов с температурой чуть больше –272,15ºC. Кроме того, Intel в 2019 году показала контроллер кубитов Horse Ridge, который может работать даже при очень низких температурах и выдерживает охлаждение до −269 ºC. Horse Ridge в будущем поможет масштабировать многокубитовые квантовые системы.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Страны-лидеры выделяют на кванты миллиардные бюджеты, а крупные корпорации инвестируют в исследования. Однако работают с квантовыми технологиями и стартапы. Смотрим, какие именно

Квантовые технологии — сравнительно молодое наукоемкое направление, включенное многими странами в перечень технологий для обеспечения нацбезопасности. Традиционно выделяют три квантовые технологии: квантовые вычисления, квантовые коммуникации и квантовые сенсоры.

Продукт квантовых вычислений — квантовые компьютеры, способные решать задачи в сотни тысяч раз быстрее классических. Это предмет гонки между государствами, сопоставимой с космической или ядерной. Квантовые коммуникации позволяют обеспечить максимально возможный уровень защиты информации, гарантированный фундаментальными законами физики. В свою очередь преимущество квантовых сенсоров — в их сверхвысокой чувствительности. Развитием квантовых технологий во всем мире занимаются государственные институты и корпорации, университеты, частные научные центры, технологические компании и даже стартапы.

А до конца 2024 года в России может появиться и 100-кубитный квантовый компьютер

Сегодня на Форуме будущих технологий в Москве учёные представили 16-кубитный квантовый компьютер — самый мощный в стране. Его показали Владимиру Путину. Во время демонстрации на этом компьютере был запущен алгоритм моделирования молекулы.

«Вы мне сейчас показали квантовый компьютер. Впечатляет, конечно. Особенно, когда вы показывали, что вычисления в обычном режиме, на современных суперкомпьютерах занимали бы чуть ли не столетия, а на квантовых результат достигается за часы или дни, — это, конечно, впечатляет», — оценил разработку Владимир Путин.

Проект разработки квантового компьютера был запущен в 2019 году, над ним работали учёные из Российского квантового центра и физического института им. И. П. Лебедева РАН при координации Росатома.

А уже до конца текущего года в России может появиться 20-кубитный квантовый компьютер. « В области производства квантовых компьютеров всё идёт в соответствии с графиком, 20 кубитов нам обещает Росатом показать в конце этого года. Пока всё идет хорошо», — сказал на Форуме вице-премьер РФ Дмитрий Чернышенко.

Также, как пишет www1.ru, президенту показали возможности квантовых коммуникаций с подключением в режиме видеоконференции.

13 июля 2023 в 18:37

При этом удалось запустить ключевые квантовые алгоритмы

Как пишут «Газета. Ru» и ТАСС со ссылкой на фонд Национальной технологической инициативы (НТИ), российские учёные впервые продемонстрировали возможность удалённого доступа к российскому ионному квантовому компьютеру с классического компьютера, при этом они смогли запустить на нём ключевые квантовые алгоритмы в режиме реального времени.

Первый успешный тестовый запуск квантового компьютера удалось осуществить команде физиков из Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН.

«Исследователям удалось запустить ключевые квантовые алгоритмы, в режиме реального времени подключившись к процессору с классического ПК», — заявил представитель фонда Национальной технологической инициативы.

В конце марта группе экспертов Российской венчурной компании показали облачный интерфейс для взаимодействия с созданным процессором и запустили квантовые алгоритмы: «В ходе демонстрации физики удалённо запустили на процессоре алгоритм Гровера, используемый для поиска значения по неупорядоченной базе данных, а также алгоритм Бернштейна-Вазирани, применяемый в решении задачи по нахождению n-битного числа».

Ещё в 2020 году был запущен проект по созданию ионного квантового компьютера с облачным доступом. Годом позже разработчики запатентовали архитектуру созданного квантового процессора и сделали прототип квантового компьютера на ионах. На его основе к концу 2024 будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом.

Кукварт — кубит, способный одновременно находиться не в двух, а в четырёх состояниях

Специалистами Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН создан прототип квантового компьютера на ионах. Учёным удалось построить систему из четырёх кубитов, не наращивая число ионов, а за счёт оригинальной технологии масштабирования квантовых процессоров с помощью многоуровневых носителей информации — кудитов.

Как известно, в обычных компьютерах минимальной единицей информации является бит, способный принимать значение «ноль» или «единица». В то же время в квантовых компьютерах в таком качестве выступает квантовый бит (кубит), способный находиться в обоих состояниях одновременно. Поскольку кубиты можно связывать друг с другом, количество состояний, которые может принять квантовый процессор, быстро растёт. В результате появляется возможность решать сложные вычислительные задачи качественно быстрее, чем с применением классических компьютеров.

Наряду с кубитами существуют их расширенные версии — кудиты. Кудит, способный одновременно находиться в трёх состояниях, называется кутрит, а кудит, способный одновременно находиться в четырёх состояниях, — кукварт. Прототип, созданный российскими учеными, состоял из двух куквартов, что полностью эквивалентно четырём кубитам.

Исследователи захватили в вакуумной камере два иона. Далее они с помощью лазера выполнили набор однокудитных операций, двухкубитную операцию внутри кудита, а также операцию по перепутыванию двух частиц (Мёльмера-Соренсона). Эксперимент показал, что качество операций между кубитами, связанными в кукварт, превосходит качество операций над независимыми частицами. Как утверждается, это позволит в будущем обеспечить более высокое качество реализации квантовых алгоритмов.

«Для нас это первый значимый результат в работе над дорожной картой по квантовым вычислениям. На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов, что особенно примечательно, так как 5 лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития», — подчеркнул Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям Госкорпорации “Росатом”».

В наши дни в разных странах активно развиваются десятки проектов, связанных с квантовыми вычислениями. Когда же ожидать полезного квантового превосходства и какие изменения оно повлечет в будущем?

В 2023 году РБК исполняется 30 лет. В рамках юбилея мы решили не оглядываться назад, в прошлое, а наоборот — посмотреть вперед, в будущее.

Команда «РБК Трендов» подхватывает инициативу: на сайте проекта будут появляться колонки визионеров из сферы науки, образования, технологий, общества, экологии, образования. Вместе с ними мы попробуем представить, как будет меняться мир в течение 30 лет, каким он будет в 2053 году и какое место в нем будет занимать человек. Проект не предполагает точных прогнозов, вместе с экспертами мы пытаемся представить возможные направления и сценарии развития нашего общества, основываясь на трендах настоящего.

Об авторе: Алексей Федоров, научный руководитель группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра, создатель первого в мире квантового блокчейна для хранения и проверки финансовых данных.

За последние десятилетия мир стремительно преобразился благодаря цифровым технологиям. Сегодня практически все аспекты жизнедеятельности общества неразрывно связаны с обработкой, передачей, хранением и защитой информации. Цифровизация проникает и в такие сферы, как, например, медицина и формирование облика «умного» индустриального производства.

Однако параллельно с развитием информационных технологий происходит еще одна революция, очевидная ученым и аналитикам, но еще далекая от своего пика, — квантовая революция.

Ограничения многих традиционных способов работы с данными можно будет преодолеть при помощи высокопроизводительных квантовых компьютеров, а надежно защитить данные помогут квантовое распределение криптографических ключей и постквантовые алгоритмы. Квантовые компьютеры сейчас динамично развиваются, их построением занимаются такие гиганты, как Google, IBM, Microsoft и Intel. Россия вошла в число стран, которые приняли долгосрочные программы развития — квантовые «дорожные карты».

Сегодня мы находимся на интересном рубеже: квантовые технологии начинают быть все ближе к практическому применению, однако на данный момент их использование не дает экономической выгоды. Увидим ли мы полезное превосходство от квантовых компьютеров в ближайшие несколько лет? По всей видимости, да. По крайней мере, мы ближе к этому с каждым месяцем.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом», рассказал, что в 2016 году при поддержке Фонда перспективных исследований стартовал первый в России проект по созданию квантовых информационных систем на основе сверхпроводящих кубитов. А в 2018 году начался пилотный проект по развитию двух других платформ квантовых вычислений: нейтральных атомов в оптических ловушках и интегральных оптических чипов.

Специалисты Национальной квантовой лаборатории в 2021 году сообщили о создании прототипа квантового компьютера совместно с РКЦ и ФИАНом. Он работает на платформе из 20 ионов, захваченных электромагнитной ловушкой. Сейчас ученые пытаются проводить на ионной платформе прикладные вычисления, моделируют и тестируют алгоритмы.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Учебная лаборатория квантовой оптики РКЦ

Они планируют создать действующий образец квантового процессора на сверхпроводниках к концу 2024 года.

Пятикубитный прототип процессора продемонстрировали также в Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ. Она уже прошла ряд испытаний. Тесты показали, что элементы схемы работают с заданными параметрами.

В июне 2021 года Российский квантовый центр, НИТУ «МИСиС», Университет ИТМО, МГТУ им. Баумана, Росатом и Институт Иоффе создали квантовый симулятор на основе массива из 11 сверхпроводящих кубитов.

Кроме того, ученые из Национальной квантовой лаборатории и Российского квантового центра совместно с исследователями из Федеральной политехнической школы Лозанны разработали миниатюрные источники оптических гребенок. Их применение может произвести революцию во многих областях, где на данный момент используются лазеры: в медицине, здравоохранении, безопасности, телекоммуникациях и даже в умных городах.

Российские ученые работают и над специализированным облачным софтом. В апреле 2021 года Российский квантовый центр запустил универсальную облачную платформу квантовых вычислений, которая позволяет решать прикладные бизнес-задачи на квантовых процессорах без специальных знаний в квантовой механике. Свою собственную платформу представил и Центр квантовых технологий МГУ им. М.В. Ломоносова.

«На сегодняшний день основным заказчиком квантовых технологий в России является государство — во многом это объясняется стратегической важностью квантов. Тем не менее, квантовые вычисления будут полезны бизнесу, обрабатывающему большое количество данных и решающему сложные расчетные задачи. Например, в области финансов и инвестиций, энергетики, транспорта, логистики, химии и фармацевтики», — подчеркивает Юнусов.

В России создан квантовый компьютер с облачным доступом

В России впервые открыт удаленный доступ к ионному компьютеру. Отечественные физики запустили на нем алгоритмы, точность вычисления которых достигла 90%. Теперь команда ученых работает над тестированием вариационных алгоритмов, которые могут быть использованы для прикладных задач из области химии, оптимизации и машинного обучения.

Квантовый компьютер с
облачным доступом

В России впервые открыли удаленный доступ к
отечественному квантовому компьютеру. Первым его получила команда физиков из Российского квантового центра и ФИАН им.
П. Н. Лебедева РАН получила удаленный доступ к пятикубитному квантовому ионному компьютеру. Об этом CNews
рассказали представители фонда Национальная технологическая инициатива (НТИ).

Ученым удалось запустить ключевые квантовые алгоритмы, в
режиме реального времени подключившись к процессору с ПК. Программно-аппаратный
комплекс разработан в рамках проекта Лидирующего исследовательского центра (ЛИЦ) «Квантовые вычисления».

«Разработанный в рамках проекта ЛИЦ программно-аппаратный
комплекс уникален для России — это единственный процессор с настроенным
облачным интерфейсом, который способен оперировать кудитным регистром», —
отметил генеральный директор фонда НТИ Вадим
Медведев.

Квантовый ионный компьютер

Квантовые компьютеры — это новый класс вычислительных
устройств, которые благодаря использованию квантовых эффектов способны решать
задачи, недоступные самым мощным «классическим» суперкомпьютерам. В частности,
это моделирование поведения сложных молекул для разработки новых лекарств и
материалов, решение сложных логистических задач, работа с большими данными и др.

История создания

Проект по созданию ионного квантового компьютера с облачным доступом
был запущен в 2020 г. при поддержке Фонда НТИ и Минцифры. В 2021 г. ученые
представили прототип из четырех кубитов, реализованный на многоуровневых
квантовых системах (кудитах). Помимо этого, команда ученых запатентовала
архитектуру созданного квантового процессора.

В 2022 г. физики увеличили мощность квантового компьютера до
пяти кубитов. При участии ученых Сколтеха и ФТИАН им. К. А. Валиева РАН на
протяжении всего проекта разрабатывался стек программного обеспечения для
работы с ионным квантовым вычислителем.

В конце марта 2023 г. был продемонстрирован облачный
интерфейс для взаимодействия с созданным процессором и выполнен запуск
квантовых алгоритмов. Ученые удаленно запустили на процессоре алгоритм Гровера,
используемый для поиска значения по неупорядоченной базе данных, а также
алгоритм Бернштейна-Вазирани, применяемый в решении задачи по нахождению
n-битного числа. По результатам разработки вычислителя удалось повысить
точность однокубитных операций до 90%, двухкубитных — до 80%.

Сейчас команда работает над тестированием вариационных
квантовых алгоритмов, которые могут быть использованы для прототипирования
прикладных задач из области химии, оптимизации и машинного обучения.

Представитель НТИ заверил, что компьютер надежно защищен.

Квантовые технологии
в России

В июне 2020 г. C News рассказал о дорожной карте по развитию
технологий квантовых вычислений. Согласно ей, общее финансирование
соответствующих мероприятий в 2020-2024 гг. должно составить 23,66 млрд руб. Из
этой суммы федеральный бюджет выделит 13,25 млрд руб., внебюджетные источники —
10,4 млрд руб. Сам «Росатом», в рамках внебюджетного финансирования, выделит на
развитие квантовых вычислений 1,5 млрд руб.

Ожидается, что к 2030 г. в России такими темпами должен появиться как минимум один стартап-«единорог» в области квантовых вычислений с капитализацией более $1 млрд.

В марте 2021 г. C News выяснил,
что «Росатом» на 4,5 млрд руб. закупил «железо» для своего квантового
компьютера у компании с Антильских островов.

Заказчики могут получить до 100 млн рублей на пилотное внедрение ИИ

Выявить эпилепсию и опухоли мозга


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Компания: QLU, основана в 2016 году под названием «М-Гранат», в 2022 году стартап был переименован в QLU.

Над чем работает: Компания разрабатывает сверхчувствительные квантовые магнитные сенсоры на основе пленки из железо-иттриевого граната — нового типа магнитного материала, используемого в качестве сердечника магнитометра. Область их применения — медицина, куда входят и задачи нейровизуализации, то есть отслеживания активности головного мозга.

Пленка из железо-иттриевого граната способна улавливать мельчайшие колебания магнитного поля, в том числе и создаваемые нейронами головного мозга. По словам исследователей, работа по оптимизации формы и состава пленки позволяет добиться минимальной потери энергии при перемагничивании и в результате достичь предельного уровня чувствительности сенсора. В свою очередь это на порядки увеличивает чувствительность самих приборов в сравнении с альтернативными решениями.

В 2021 году команда QLU совместно с учеными из Сколковского института науки и технологий и НИУ ВШЭ продемонстрировали работу первого в мире твердотелого сверхчувствительного магнитометра, работающего при комнатной температуре. С помощью квантового сенсора исследователи смогли зарегистрировать слабые и глубинные электрические источники головного мозга. Представители компании подчеркивают, что результаты могут быть использованы для улучшения качества магнитоэнцефалографии и своевременного выявления эпилепсии и опухолей мозга.

Команда: Максим Острась, руководитель проекта — выпускник МФТИ. Команда состоит из семи специалистов: физиков, инженеров, технологов. Наравне со штатными сотрудниками к работе привлекаются внешние партнеры: нейробиологи и математики.

Конкуренты: Традиционно в магнитоэнцефалографии применяли решения на основе сверхпроводящих квантовых интерферометров — СКВИДов. Однако они требовали охлаждения жидким гелием, что сильно увеличивало операционные расходы на использование прибора. Именно это стало основной причиной, по которой магнитоэнцефалография, несмотря на все преимущества, не получила массового распространения.

В 2017-м ситуация изменилась — на рынке появились коммерчески доступные МОНы (магнитометры с оптической накачкой), для использования которых не требовалось охлаждения. Это открытие способствовало запуску стартапов, которые на базе МОНов стали реализовывать свои магнитоэнцефалографы. Одна из таких компаний, Cerca Magnetics, в 2021 году победила в номинации «лучший MedTech-стартап Великобритании». Вместе с тем, технология МОНов также имеет недостатки: маленький частотный и динамический диапазоны, а также высокую рабочую температуру.

Основными конкурентами создатели QLU считают следующие компании: австралийскую Compumedics, американскую Croton Healthcare и канадскую CTF MEG.

Планы на год: В 2023 году стартап планирует представить первый прототип сверхчувствительного магнитоэнцефалографа на массиве квантовых сенсоров.

«Дорожные карты» в квантовое будущее

В России основным драйвером развития квантовых технологий являются «дорожные карты», которые сейчас активно реализуются по направлениям квантовых вычислений и коммуникаций под кураторством «Росатома» и РЖД.

Результатом проектов в рамках «дорожной карты» по квантовым вычислениям в России уже стали два квантовых компьютера с 16 кубитами: один из них построен на ионной платформе, а другой — с использованием атомов. Также разработаны процессоры на сверхпроводниках и фотонах.

Проект по ионному квантовому компьютеру обладает важной особенностью. Благодаря поддержке в рамках проекта ЛИЦ (Лидирующего исследовательского центра «Квантовые вычисления». — «РБК Тренды») и «дорожной карты» удалось реализовать кудитный квантовый процессор — новый способ построения масштабируемых квантовых компьютеров.

Следующие шаги — увеличение количества кубитов или кудитов, а также точности квантовых операций и демонстрация квантовых алгоритмов. При этом многие российские компании уже проявляют интерес к внедрению квантовых технологий.

Промышленные решения для квантового распределения ключей уже используются для построения магистральных и корпоративных квантовых сетей.

В заключение нужно сказать, что сама идея появления квантовых технологий уже необратимо изменила мир. Масштаб изменений трудно прогнозировать на сегодняшнем, уже значимом, но все еще достаточно раннем уровне развития. Вспоминая ранний этап развития полупроводниковой эры вычислений, можно задаться вопросом: хватит ли миру пяти квантовых компьютеров? Очевидно, что нет, так как уже сейчас их количество исчисляется десятками. Полезное же квантовое превосходство будет стимулировать переход к индустриальному производству — для этого будет достаточно и одного реального кейса применения квантовых компьютеров с экономическим эффектом.

Обеспечить доступ к квантовому компьютеру всем желающим


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Компания: QBoard, проект был создан в 2018 году.

Над чем работает: Ключевой продукт компании — одноименная облачная платформа квантовых вычислений, при помощи которой бизнес получает удаленный доступ к квантовым компьютерам и эмуляторам для решения прикладных и научно-исследовательских задач. Благодаря платформе программировать квантовые вычислительные устройства могут специалисты по data-science: интерфейс позволяет пользоваться квантовыми вычислениями даже тем, кто не обладает профильным образованием и экспертизой в квантовой физике.

В октябре 2022 года ученые использовали платформу для моделирования нескольких молекул, в том числе кислорода и углекислого газа, участвующих в процессах окисления угарного газа. По словам исследователей, сегодня интерес к технологии проявляют китайский и индийский автопром. В перспективе полученные результаты могут быть применены при разработке технологии снижения выбросов угарного газа.

Годом ранее физики из Российского квантового центра вместе с исследователями из Genotek применили платформу квантовых вычислений QBoard для сокращения времени сборки генома. Исследователи уверены, что в будущем использование платформы поможет решать задачи генной терапии, среди которых обнаружение и расшифровка онкологических клеток человека.

Команда: Алексей Федоров — руководитель проекта, физик, выпускник МГТУ имени Н. Э. Баумана. В команде стартапа 15 сотрудников: несколько специалистов по развитию бизнеса, разработчики квантовых алгоритмов, алгоритмов машинного обучения, эксперты в области квантовой химии, оптимизации и ряде других отраслей.

Конкуренты: В мире квантовые облачные платформы развивают крупнейшие технологические корпорации, такие как Alibaba и Amazon. Собственную облачную платформу, ориентированную на ученых и решение исследовательских задач, представил Центр квантовых технологий МГУ.

Планы на год: В 2023 году компания планирует масштабировать платформу за счет подключения новых квантовых компьютеров и эмуляторов квантовых устройств, а также представлять новые приложения для квантовых компьютеров.

Передать зашифрованное сообщение в любую точку мира

Компания: QSpace, основана в 2021 году, резидент фонда «Сколково».

Над чем работают: QSpace — разработчик спутниковых и атмосферных систем квантовой криптографии. В отличие от компании QRate, которая специализируется на передаче ключа по оптоволоконному кабелю, QSpace реализует защищенную передачу данных при помощи спутниковой связи. Сейчас стартап работает над созданием малого спутника весом около 10 кг, который планируют запустить в космос в 2023 году. Спутник предназначен для проверки основных гипотез и тестирования элементов конструкции. В перспективе это позволит защитить передачу информации между двумя любыми точками мира.

Команда: Валентин Толстых — руководитель проекта, выпускник МАИ. Сейчас в компании работают 13 человек.

Конкуренты: Государством-лидером в развитии технологии признан Китай, в 2021 году реализовавший первую в мире интегрированную квантовую сеть между землей и спутником, объединяющую более 700 оптических линий общей протяженностью 4600 км. В России схожие проекты развивают ЦКТ МГУ и Университет ИТМО.

Основные цели на ближайший год: В 2023 году команда планирует запустить первый спутник и протестировать его на орбите с использованием собственной наземной приемной станции.

От идеи до технологического превосходства

Квантовые компьютеры представляют собой класс вычислительных устройств, которые используют для обработки информации явления, характерные для отдельных квантовых систем, таких как атомы, ионы, фотоны и др. Ключевыми для квантовых вычислений являются суперпозиция — возможность квантовых систем быть «одновременно» в нескольких состояниях — и квантовая запутанность, проявляющаяся во взаимосвязи между квантовыми объектами.

Элементарными информационными единицами при работе квантового компьютера являются кубиты — квантовые «аналоги» классических битов информации. Как раз благодаря явлению квантовой суперпозиции кубиты могут быть и логическим нулем, и логической единицей одновременно (в отличие от классических битов, которые могут быть лишь в одном из этих состояний).

Идеи квантовых компьютеров появились в начале 1980-х годов в работах советского математика Юрия Манина, британского математика и физика Дэвида Дойча, а также американского физика Ричарда Фейнмана. Уже в середине 1990-х появились первые квантовые алгоритмы для работы на будущих квантовых компьютерах, которые заинтересовали бизнес. Например, оказалось, что с помощью квантовых компьютеров можно будет взламывать современные криптографические алгоритмы.

В определенных классах математических задач квантовые компьютеры могут продемонстрировать существенное превосходство над классическими технологиями. Примерами задач являются криптоаналитика, моделирование сложных систем, обработка больших данных (big data) и др. Существующие на данный момент квантовые компьютеры обладают десятками и сотнями «шумных» кубитов, что не дает возможности полностью раскрыть потенциал их использования. Однако такие компьютеры уже способны на определенных тестовых математических задачах обгонять суперкомпьютеры. Например, на решение тестовой задачи квантовому компьютеру хватает нескольких часов или минут, тогда как на классическом оно заняло бы больше 45 лет. При этом уже сейчас есть возможность решать прикладные задачи небольшого масштаба, например из области химии и машинного обучения.

Ключевую роль для полезного квантового превосходства играет решение двух принципиальных задач. Во-первых, создание квантового процессора с большим количеством кубитов и низким уровнем ошибок. В одном сценарии это станет возможным благодаря прогрессу уже существующих систем, а в другом потребует поиска или разработки новых физических платформ для квантовых вычислений. Во-вторых, необходимо значительно расширить класс квантовых алгоритмов для решения прикладных задач. Прогресс движется по каждому из направлений, поэтому на масштабе четырех-пяти лет можно ожидать первые примеры применения квантовых компьютеров для полезных задач.

В качестве одного из потенциальных направлений для квантового превосходства можно рассматривать машинное обучение. Над применением квантовых компьютеров для задач искусственного интеллекта работают ведущие научные группы по всему миру. Например, ученые из Российского квантового центра вместе с сингапурской компанией «Геро» разработали квантовый алгоритм машинного обучения для поиска новых типов лекарств, что позволило найти более 2 тыс. новых молекул с лекарственными свойствами.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Защитить ценные данные от злоумышленников


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Компания: QRate, основана в 2015 году, резидент фонда «Сколково».

Над чем работает: Ключевой продукт компании — системы квантового распределения ключей. Это аппаратно-программные комплексы, которые позволяют государству и крупному бизнесу защитить данные от атак с использованием классических и квантовых компьютеров.

До передачи сообщения отправитель и получатель при помощи системы квантового распределения ключей вырабатывают общий секретный ключ — набор битов, необходимый для дальнейшей расшифровки сообщения. Ключ создается при помощи квантовых частиц света — фотонов, скопировать или перехватить их незаметно не удастся в силу законов квантовой физики. Если вдруг хакер вклинится в канал передачи данных, получатель сообщения поймет это по уровню ошибок в системе.

В 2021 году QRate объявил о первой в России защите беспилотного транспорта при помощи квантовой криптографии. Инженеры компании совместно с командой Университета Иннополис доработали беспилотные автомобили таким образом, чтобы в момент заправки или подзарядки автономное транспортное средство могло получить от доверенного центра квантовые ключи, которые впоследствии использовались для защиты передаваемых данных: сигналов управления, новых версий прошивок и др. от злоумышленников.

Сегодня оборудование QRate также используется в первой межвузовской квантовой сети, которая объединяет кампусы НИТУ «МИСиС» и МТУСИ. Сеть имеет открытый доступ — его могут получить учебные заведения, научные организации, индустриальные партнеры, госучреждения и студенческие стартапы. На базе сети исследователи разрабатывают софтверные приложения в сфере информационной безопасности с применением квантовых ключей. А операторы связи и телеком-разработчики могут протестировать собственное оборудование на действующей квантовой сети, а не только в лабораторных условиях.

Команда: Руководитель компании — Павел Воробьев, выпускник МФТИ, кандидат технических наук. Сейчас в команде более 70 человек.

Конкуренты: Над продуктами в области квантового распределения ключей также работают компании СМАРТС-Кванттелеком и ИнфоТеКС.

Планы на год: В 2023 команда планирует представить новые пилотные проекты по квантовому шифрованию в различных индустриях.

Квантовая защита vs. квантовое нападение

Опасность для современной криптографии возникает из-за возможности реализовать на квантовом компьютере эффективные алгоритмы для факторизации, что несет угрозу для криптографии с открытым ключом, а также в плане ускорения поиска по неупорядоченным базам данных. Масштаб проблемы существенный: более 90% данных, передаваемых в интернете, станут открытыми при появлении квантового компьютера. Криптографические стандарты, например для электронных подписей, необходимо будет пересматривать.

Эпоха квантовых компьютеров предполагает два подхода к защите информации. Во-первых, это квантовое распределение ключей. Оно основано на кодировании информации в одиночные квантовые состояния. Во-вторых, решением является постквантовая криптография — набор криптографических алгоритмов, криптоанализ которых имеет сравнимый уровень сложности для классических и квантовых компьютеров.

Технология квантового распределения ключей уже готова к промышленному использованию, необходимы ускорение темпов адаптации технологий крупными компаниями и строительство городских сетей. Постквантовая криптография также уже готова для внедрения решений по защите широкого спектра приложений (мобильные, веб-приложения, цифровые подписи и т.д.). Прогресс в области квантовых компьютеров является очевидным драйвером для внедрения новых технологий защиты информации. Например, в США уже сейчас принят Акт квантовой кибербезопасности, регламентирующий переход на решения, устойчивые по отношению к атакам с квантовых компьютеров. В России ведется работа по стандартизации квантово-устойчивых алгоритмов. Их масштабное внедрение — это также вопрос ближайших трех—пяти лет.


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Противостоять кибератакам с использованием квантовых компьютеров


КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР В РОССИИ

Компания: QApp, научно-прикладные исследования в области постквантового шифрования начались в 2017 году, резидент фонда «Сколково».

Над чем работают: Компания разрабатывает программные продукты по кибербезопасности на основе постквантовой криптографии — технологии, способной противостоять кибератакам с использованием как классических, так и квантовых компьютеров. В отличие от решений квантовой криптографии, представляющих собой масштабные установки для защиты критической инфраструктуры, продукты в области постквантовой криптографии — это софт, легко интегрируемый в системы информационной безопасности для защиты конфиденциальных данных бизнеса или государства.

Постквантовая криптография — это новый вид классической асимметричной криптографии. Он заключается в использовании алгоритмов, построенных на настолько вычислительно-сложных математических задачах, что даже квантовый компьютер не сможет их быстро разгадать. Еще одно важное отличие в том, что постквантовая защита поддерживается не «железом», а дополнительным программным обеспечением.

Сегодня отечественные алгоритмы постквантовой криптографии находятся на этапе стандартизации, поэтому все решения QApp пилотируются крупным бизнесом в ограниченном периметре: в 2022 году компания получила сертификаты совместимости с российскими процессорами «Байкал» и «Эльбрус», а в 2022 году стартап обеспечил квантово-устойчивую информационную безопасность host-to-host соединений Газпромбанка. Наряду с продуктовой разработкой команда проекта участвует в создании российских стандартов постквантовой криптографии.

Команда: Антон Гугля, руководитель QApp — выпускник ПГУТИ по специальности «Экономика в системах связи». Команда насчитывает около 20 специалистов, в основном это разработчики и криптографы.

Конкуренты: Развитием технологии в России также занимается компания «Криптонит». Крупный российский бизнес традиционно не рассматривает зарубежные криптографические решения из-за потенциальных умышленных уязвимостей (бэкдоров).

Основные цели на ближайший год: Разработчики планируют представить новые пилотные проекты и расширить партнерство с системными интеграторами и вендорами, а также поддержать разработку отечественных стандартов по постквантовой криптографии.

Про урокцифры:  В ДЕТСКОМ ЛАГЕРЕ ПО ЗАПРОСУ ВОЖАТЫЙ ЛАГЕРЯ

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *