пять национальных стартапов в сфере квантовых технологий

Время на прочтение

По информации издания “Ведомости”, госкорпорация «Росатом» запустила масштабный проект по созданию отечественного квантового компьютера и библиотеки квантовых алгоритмов. Срок выполнения данных разработок — до 2024 года. Общий объем финансирования квантовой программы составит 24 млрд рублей, из которых 13,3 млрд рублей выделят из бюджета РФ, а 10,4 млрд рублей – это внебюджетные средства самого «Росатома» и других заинтересованных в проекте компаний.

Выделенная на квантовую программу сумма на порядок больше, чем то, что выделялось ранее на все квантовые технологии в России. В Росатоме планируют к 2024 году создать четыре типа квантовых компьютеров размером от 50 до 100 кубитов. Экономический эффект от данных разработок ожидается не ранее чем через пять лет после их внедрений.

Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0, и 1. Теоретически, это позволяет обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая существенного превосходства над обычными компьютерами в ряде алгоритмов.

Для реализации в этой масштабной программы в рамках существующего цифрового блока Росатома создан проектный офис, который возглавил Руслан Юнусов, ранее руководивший разработкой «дорожной карты» по квантовым технологиям в рамках федеральной программы «Цифровая экономика».

В Росатоме разработкой квантовых вычислителей занимается совместный научно-образовательный центр «Функциональные Микро/Наносистемы» всероссийского научно-исследовательского института автоматики (ВНИИА) им. Н.Л. Духова и МГТУ им. Баумана (НОЦ ФМН МГТУ им. Н.Э. Баумана). В данный момент в России работы по исследованию и созданию элементов квантового компьютера проводятся учеными и инженерами в МГУ, МФТИ, национальном исследовательском технологическом университете (НИТУ) МИСиС, физическом институте имени П. Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН), российском квантовом центре и еще ряде академических институтов.

Про урокцифры:  ДАВАЙ 5 0 СМОТРЕТЬ

Однако, российскими специалистами на данный момент удалось создать квантовые системы, состоящие не более чем из двух кубитов, в то время как существующие зарубежные разработки квантовых систем построены на 50-70 кубитах и уже находятся в эксплуатации многими компаниями.

Основные задачи квантового проектного офиса Росатома:

Основные цели работы квантового проектного офиса Росатома — создание первого российского квантового компьютера, способного решать сложные практические задачи в разных областях, например, в системах прогнозирования погоды, материаловедении или криптозащите, а также уменьшить отставание отечественной науки в этой области с десяти лет до двух-трех лет, вплотную приблизившись к ведущим зарубежным разработчикам квантовых систем.

Планируется, что квантовые процессоры будут производиться в России с нуля, но часть комплектующих для них будет закупаться за рубежом, например, лазерные системы или специальная измерительная техника.

Первые промежуточные итоги работы квантового проектного офиса Росатома планируется подвести уже в 2021-2022 годах. По проектам, связанным с разработкой алгоритмов, компиляторов и программного обеспечения для квантовых систем, будут проводиться более частые анализы полученных результатов и их внедрения.

Ранее стало известно, что между правительством РФ и Росатомом ранее подписано соглашение о развитии в стране квантовых вычислений, такое же соглашение есть с РЖД по развитию квантовых коммуникаций и с Ростехом по развитию квантовых сенсоров.

В сентябре 2019 года Google объявила о достижении квантового превосходства, построенный компанией 53-кубитный компьютер смог за три минуты и двадцать секунд выполнить расчет, на который самому мощному в мире суперкомпьютеру Summit от IBM потребовалось бы примерно 10 тысяч лет.

Минутка заботы от НЛО

Этот материал мог вызвать противоречивые чувства, поэтому перед написанием комментария освежите в памяти кое-что важное:

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

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.


ПЯТЬ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАРТАПОВ В СФЕРЕ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

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 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.


ПЯТЬ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАРТАПОВ В СФЕРЕ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

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.


ПЯТЬ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАРТАПОВ В СФЕРЕ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

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.


ПЯТЬ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАРТАПОВ В СФЕРЕ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

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.


ПЯТЬ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАРТАПОВ В СФЕРЕ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

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.

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.

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.


ПЯТЬ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАРТАПОВ В СФЕРЕ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

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.

Квантовая гонка

Квантовые технологии – это перспективное научное направление, одной из целей которого является создание квантового компьютера. В отличие от классического компьютера, квантовый в расчетах использует кубиты, а не биты. Кубиты — это квантовые биты в суперпозиции, то есть они могут находиться сразу в двух состояниях.

«Это можно сравнить с броском монетки: пока она летит, для бросавшего она остается и орлом, и решкой. Эта суперпозиция сохраняется, пока не поймать монетку или не произвести вычисление кубита. Именно благодаря этой особенности расчеты на квантовых системах производятся быстрее, чем на классических», — отметил в разговоре с «Газетой. Ru» старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ Глеб Федоров.

В России, как и во всем мире, ученые пытаются создать квантовый компьютер, но все пошли разными путями.

Так, в 2022 году физики МФТИ совместно с коллегами из НИТУ «МИСиС» впервые продемонстрировали полноценный действующий четырехкубитный квантовый процессор, на котором при помощи специальных прецизионных (высокоточных) методов была подтверждена высокая точность операций. В 2021 году сотрудники Российского квантового центра и ФИАН уже представили на заседании Научного совета РАН подобный квантовый процессор, но на двух ионах в ловушке (куквартах).

По словам сотрудников РКЦ, тогда ученые одни из первых в мире создали процессор на двух куквартах — многоуровневой квантовой системе, полностью эквивалентной четырем кубитам. Препринт научной публикации появился на сайте arXiv.org в октябре 2022 года. Однако в МФТИ отмечают, что в 2021 году технических деталей, подтверждающих это, представлено не было.

Сейчас научная группа из МФТИ и НИТУ «МИСиС» занимается созданием 8-кубитной системы, которую планирует представить до конца этого года. К 2024 году запланирована разработка 16-кубитной системы. В РКЦ и ФИАН собираются в следующем году представить новую версию процессора, уже на 16 кубитах.

«Сверхпроводниковые системы, с которыми мы работаем в МФТИ, фактически тоже являются многоуровневыми квантовыми системами, однако никто в мире не использует их для кодирования нескольких кубитов, поскольку это сопряжено со значительными техническими трудностями: нужно предотвращать утечки на верхние уровни. Думаю, что касается ионов в ловушках, дело обстоит примерно таким же образом», — отметил старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ Алексей Дмитриев.

Кроме этих научных групп, квантовый процессор разрабатывается в МГУ – там ученые в том числе работают на атомах.

«В нашем случае роль физического кубита играет атом, пойманный в маленькую лазерную ловушку – оптический пинцет. Состояния кубита кодируются в относительную ориентацию спина электрона и атомного ядра: они либо направлены одинаково

, либо противоположно (0)», – объяснил руководитель сектора квантовых вычислений ЦКТ МГУ Станислав Страупе.

По словам Страупе, научная группа работает над созданием 16-кубитного процессора, официально представить который планирует в следующем году.

Что же лучше?

Несмотря на то, что на первый взгляд все системы выглядят одинаково, у всех них есть свои плюсы и минусы. Так, например, сверхпроводниковые квантовые системы позволяют масштабировать квантовые процессоры — то есть увеличивать количество кубитов в них. На данный момент наибольшее количество полностью контролируемых кубитов достигнуто именно в сверхпроводниковых процессорах – так, IBM заявляет о полностью управляемой схеме с более чем 400 кубитами.

Атомные и ионные квантовые компьютеры также можно масштабировать за счет отсутствия микросхем. По словам специалистов из РКЦ и МГУ, это делать проще.

«Количество сверхпроводниковых систем в схеме на чипе может быть сделано сколь угодно большим, никаких технических ограничений на этот счет нет, более того, можно связывать кубиты на разных чипах и даже в разных криостатах, используя специальные криогенные связи. С другой стороны, число атомов, захваченных оптическим пинцетом, не может быть произвольно большим, область захвата ограничивается пятном фокусировки лазерного луча», — отмечает Глеб Федоров.

При этом Страупе отметил, что у сверхпроводящих процессоров есть электрическая схема, которая определяет потолок количества кубитов.

«Это число строго фиксировано. Наши атомы живут в оптических ловушках, и число атомов определяется тем, сколько мы можем захватить. Можно больше, можно меньше. Это легко реконфигурируемая модель, поскольку в ней нет чипа, атомы просто висят в воздухе», — объяснил Страупе.

Кроме того, у технологий различается и время жизни. Жизнь квантовых битов — это время, в течение которого кубиты остаются в суперпозиции. Оно называется «временем когерентности». Ключевую роль играет количество операций, которое можно выполнить за время когерентности кубитов. Чем больше этот параметр, тем больше способность кубита выполнять сложные задачи.

Так, например, срок жизни кубитов в представленном сотрудниками МФТИ и НИТУ «МИСиС» процессоре — 20 микросекунд, отдельные операции же занимают 10-15 наносекунд. У ионного процессора РКЦ и ФИАН – целых 5 миллисекунд, у МГУ – тоже несколько миллисекунд.

Технология МФТИ на сегодняшний день является самой точной в России — точность расчетов достигает 97%. До конца 2022 года ученые МФТИ изготовят и представят 8-кубитную систему. В 2023 году показатель точности операций будет увеличен до 99%.

«Важно отметить, что наши результаты точности уже вплотную приблизились к мировому уровню. Также нужно подчеркнуть, что большое количество групп в мире имеют схожие результаты на разных типах сверхпроводниковых кубитов, что подтверждает высокий потенциал этой платформы», — отмечает Дмитриев.

В прошлом году точность расчетов 4-кубитной ионной системы РКЦ и ФИАН составляла 70%.

«Мы ожидаем, что порог в 90% точности преодолеем с выходом нового процессора, однако все равно можем отставать от коллег в этом показателе», – отметил заместитель руководителя научной группы «Прецизионные квантовые измерения» РКЦ Илья Семериков.

Процессор МГУ пока также не может догнать «коллег» из МФТИ. Качество операций составляет около 70%, сообщил Страупе.

«Мы пока процессор не представляли, так как работаем над улучшением точности – наша задача достигнуть 99,9%. Может быть, в следующем году его представим. Проблема в шумах от лазера. Для увеличения числа кубитов нужен более мощный лазер, но он пока изготавливается компанией», – рассказал Страупе.

Несмотря на различия в подходах, все научные группы подчеркивают важность развития всех вариантов реализации квантовых систем. По словам ученых, это позволит не отставать от западных коллег, которые значительно обогнали Россию в квантовых разработках.

Зачем нужен квантовый компьютер

Развитие квантовых технологий позволит решать многие задачи современных компьютеров эффективнее и быстрее. Например, квантовые компьютеры можно будет применять для сверхбыстрого поиска по базам данных, компьютерного моделирования, факторизации чисел для взлома алгоритмов шифрования, а также квантового машинного обучения ИИ.

Кроме того, квантовый компьютер можно использовать для расчета больших органических молекул для лекарственных препаратов, построения оптимальных маршрутов автомобилей или оптимизации инвестиционного портфеля.

«Квантовый компьютер сможет делать это гораздо эффективнее и быстрее текущих алгоритмов. Количество применений огромное, но пока это все умозрительно. Устройства еще нет. Когда появится, тогда люди придумают и новые задачи. Мне кажется, что даже компьютера от IBM с 433 кубитами недостаточно. Нужны тысячи кубит», — рассказал Страупе.

По словам Семерикова, пока никто не знает, как построить настолько мощный квантовый компьютер, который смог бы реализовать все эти задачи.

«Это то, над чем сейчас бьются все. Пока мы не знаем, когда создадим такой компьютер, давать какие-то оценки касательно сроков его изобретения я не решусь, но это определенно возможно», – подчеркнул Семериков.

По словам специалистов, недостаточное количество оборудования может сдерживать темп развития индустрии. Для работы нужны криостаты, лазеры и литографы. Часть этого оборудования можно купить у других стран, однако сегодня инженеры и исследователи работают над точечным локальным производством.

«В России эта область квантовых технологий менее развита, ее начали активно изучать только в 2015 году, а на Западе на 20 лет раньше. Важно подчеркнуть, что в США пытаются увеличить количество кубитов, мы же пытаемся сделать операции точнее, что несколько важнее. Когда мы догоним западных коллег сказать сложно — может быть, в 2030 году, а может в 2050», — заключил Глеб Федоров.

ПМЭФ-2022 

16 июн 2022, 01:03

По словам главы «Росатома» Алексея Лихачева, в 2019–2020 годах Россия отставала по квантовым технологиям от лидеров в этой области на 7–10 лет; сейчас отставание сократилось в два раза


ПЯТЬ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАРТАПОВ В СФЕРЕ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Квантовые компьютеры придут на смену привычной технике, заявил в интервью РБК глава «Росатома» Алексей Лихачев.

«Это уже не гипотеза, что квантовая техника придет на смену нынешним обычным процессорам в силу того, что квантовые технологии быстрее, эффективнее, квантовая память объемнее», — считает он.

По словам Лихачева, в 2019–2020 годах, когда Россия начала заниматься программой развития квантовых технологий, она отставала от лидеров в этой области на 7–10 лет. « По квантовым технологиям, вообще по всем. Это сенсоры, это собственно вычислительная техника, то есть процессоры, это софт, то есть, соответственно, возможность обсчитывать что-то», — пояснил он. Сейчас, считает глава «Росатома», это отставание сократилось в два раза, до 3,5–5 лет.

Лихачев также рассказал о разработке прототипа квантового процессора, который работает на кудитах (кудит — это кубит с тремя и более энергетическими уровнями; кубит — это минимальная единица информации квантового процессора, аналог классического бита. Бит может принимать только два значения — 0 или 1, а кубит — еще и оба одновременно, это позволяет обрабатывать данные гораздо быстрее, чем традиционному компьютеру. — РБК). « Кудит является более эффективным инструментом. Мы создали такой процессор на четырех кудитах. Конечно, это прототип. Но через облако в принципе пользователи могут что-то на нем посчитать», — отметил Лихачев.

В ноябре 2020 года в России создали структуру для изобретения квантового компьютера. В задачи консорциума, который объединил структуры «Росатома», фонд «Сколково» и университеты, вошли экспорт квантовых технологий и развитие инфраструктуры для создания квантовых процессоров. Консорциум создали в рамках «дорожной карты» «Квантовые вычисления», написанной «Росатомом», ее общий бюджет до 2024 года составил 23,7 млрд руб.

В феврале текущего года Минэкономразвития представило Белую книгу — сводный отчет по развитию отдельных высокотехнологичных направлений. Его авторы оценили технологическое отставание России от мировых лидеров в области квантовых вычислений (США и Китая) в 7–10 лет. В 2025–2030 годах, когда будут массово внедряться квантовые компьютеры, «внеквантовое технологическое лидерство государства станет невозможным»

Как отметили авторы отчета, сейчас мировой рынок квантовых вычислений находится в стадии формирования, в ближайшие пять лет его объем достигнет $1–2 млрд, а в следующие 15–30 лет может вырасти до $450–850 млрд. В развитие этих технологий инвестируют как государства, так и крупнейшие корпорации, в первую очередь американские Google, IBM, Microsoft, Honeywell. В России их развитием занимаются «Росатом», Российский квантовый центр и различные вузы.

Когда в России появится свой квантовый компьютер? Почему за минуты он способен справиться с задачами, на которые современному суперкомпьютеру потребуются миллиарды лет? Как квантовая криптография может оставить изощренных хакеров без работы?

Об этом “РГ” беседует с одним из пионеров создания отечественных квантовых технологий и сооснователем Российского квантового центра Русланом Юнусовым.

Среди важнейших приоритетов технологического суверенитета России названы квантовый компьютер, а в целом квантовые технологии. На них уже выделены многие миллиарды, а в перспективе суммы должны значительно увеличиться. Но почему они выходят на первый план? Чем не устраивают обычные суперкомпьютеры, которые решают задачи с фантастической скоростью 1015 операций в секунду. А уже в планах 1018.

Руслан Юнусов: Конечно, суперкомпьютеры успешно работают в самых разных сферах жизни, но есть много задач, перед которыми даже они пасуют. Сколько бы степеней быстродействия вы ни прибавляли. Вот вроде бы элементарная задача – разложение числа на простые множители. Скажем, 10 делится на 2 и 5. Но если начнете увеличивать число на несколько знаков, то сложность вычисления вырастет многократно. Например, над числом из сотен цифр мощный суперкомпьютер будет возиться несколько миллиардов лет, а возможно, вообще не справится. Квантовому хватит нескольких минут.

Задача коммивояжера не под силу даже суперкомпьютеру

А можно пример задачи из реальной жизни?

Руслан Юнусов: Например, коммивояжеру, чтобы объехать сто клиентов, требуется выбрать лучший маршрут. Вроде бы можно довериться Яндекс. Навигатору. Но он находит хорошее решение, а не самое лучшее. Причем с каждой новой точкой задача сразу усложняется в 10, 100, 1000 и так далее раз. Это специфический класс оптимизационных задач, которые решаются перебором огромного количества вариантов. И здесь квантовому компьютеру нет равных – в сравнении с ним даже самый мощный суперкомпьютер больше напоминает примитивный калькулятор.

То есть квантовые компьютеры не вытеснят обычные, а займут свою нишу?

Руслан Юнусов: Именно так. Назову области применения, которые очевидны уже сегодня. Считается, что квантовый компьютер, манипулируя отдельными атомами, лучше справится с созданием новых материалов и новых лекарств. Он сможет взломать системы современного шифрования, но в то же время квантовая криптография защитит информацию на фундаментальном уровне. Ждут появления полноценного квантового компьютера финансисты и климатологи. Первым он крайне необходим для моделирования рынков и финансовых операций, вторым – для составления более точных сценариев климата и прогнозирования погоды.

Даже самый мощный суперкомпьютер, по сравнению с квантовым, больше напоминает примитивный калькулятор

Но я назвал только то, что мы знаем уже сейчас. Вы удивитесь, но на самом деле мы даже не представляем, на что по большому счету способен квантовый компьютер, в какие сферы он может проникнуть.

Так происходит с большинством прорывных технологий.

Руслан Юнусов: Да, аналогичная ситуация была когда-то с обычными компьютерами. Их авторы создавали устройства под вполне конкретные задачи. Они были уверены, что жителям Земли, чтобы решить свои проблемы, достаточно примерно тысячи таких машин. Однако новые задачи стали расти как грибы после дождя. Если бы в 50-е годы создателям компьютеров сказали, что через 70 лет основные мощности компьютерного времени будут потрачены на игры или на майнинг криптовалют, они посмеялись бы над подобной ересью.

Не сомневаюсь, что такая же история повторится и с квантовыми компьютерами. Эта техника будет совершенствоваться, начнет проникать в самые разные сферы жизни, кардинально их меняя. А когда это произойдет, когда квантовый компьютер станет достаточно мощным, те страны, у которых его не будет, окажутся неконкурентоспособными. А это уже вопрос не только технологического суверенитета, но и национальной безопасности. Поэтому ведущие государства активно включились в гонку, вкладывая в разработки миллиарды долларов.

Что такое квантовый “рубильник”

Итак, квантовый компьютер сулит революцию, какую когда-то совершил в нашей жизни традиционный. Можно на пальцах объяснить его суть?

Руслан Юнусов: Чтобы было понятней, начну с классического компьютера. Сегодня каждый школьник знает, что для кодирования информации применяется двоичная система с “0” и “1”. Они реализуются в транзисторе, у которого есть два положения: “включен” и “выключен”. В любом смартфоне таких “рубильников” несколько миллиардов.

Принципиально важно, что в каждый момент времени каждый из миллиарда “рубильников” может быть только в одном положении. Это наименьшая единица информации – один бит. В квантовом компьютере все иначе. Квантовый бит (кубит) может быть одновременно и в состояниях “0” и “1”, и во всех их комбинациях. Кубит – это элементарная единица информации в квантовых вычислениях.

Конечно, с точки зрения большинства людей, это звучит совершенно невероятно, но квантовая физика открывает такую возможность. Именно она позволяет квантовому компьютеру за счет параллельного выполнения сразу нескольких операций быстро решать задачи, которые не по силам мощному суперкомпьютеру. Самое главное, что квантовый выбирает из множества вариантов решения по-настоящему лучший, а не просто оптимальный.

Основа традиционного компьютера – кремниевый транзистор, а на чем строится квантовый?

Руслан Юнусов: Здесь пока ситуация неопределенная. Мир еще не выбрал лучшую технологию. Сейчас конкурируют 4 варианта кубитов: на одиночных атомах, ионах, сверхпроводниках, фотонах. У каждой платформы есть свои плюсы и минусы. Возможно, какая-то одна в конце концов вытеснит остальных конкурентов. А может, останутся все, и каждая окажется наилучшей для определенного класса задач.

Ваше превосходство

О фантастических возможностях квантового компьютера говорят лет 40, но вот о кардинальных прорывах не слышно. Зато есть достаточно авторитетные скептики, которые утверждают, что он вообще никогда не будет создан. Что это игрушка, которой морочат голову и умело выбивают огромные деньги, удовлетворяя собственное любопытство.

Руслан Юнусов: Да, такое мнение существует. Но скептики всегда были, есть и будут. Это нормально. Напомню, что сама идея квантового компьютера была сформулирована в 80-е годы, а первые кубиты появились только через 20 лет, на рубеже 2000-х годов. Прошло еще 20 лет, и сейчас лидеры делают вычислители с сотнями кубитов. Что касается глобальных достижений, то за последние годы произошло как минимум несколько. Так, группы в США и Китае смогли достичь так называемого квантового превосходства.

Превосходства над чем?

Руслан Юнусов: Над суперкомпьютерами. Им были предложены тесты, с которыми квантовые, имея всего несколько десятков кубитов, справились за несколько минут. Так вот суперкомпьютерам они оказались вообще не под силу.

Безоговорочная победа? Значит, квантовые машины уже сейчас можно выпускать в “люди”?

Руслан Юнусов: Увы, к этому мы еще не пришли. Да, квантовый победил, но в специальных, абстрактных тестах. А вот для реальных задач в промышленных масштабах он пока не приспособлен. Не может соперничать с традиционными компьютерами. Для этого нужны системы с многими тысячами, а возможно, миллионами кубит.

Но если уже собрали вычислитель из сотен кубитов, почему нельзя, как в конструкторе ЛЕГО, объединить десятки тысяч, миллионы?

Руслан Юнусов: Собрать, конечно, можно, но есть проблема – надежность. И она сейчас является ключевой. Почему? Чем больше мы хотим объединить кубитов, тем сильней они влияют друг на друга. Как следствие, начинают вылезать ошибки. Понятно, что нам нужны точные, безошибочные вычисления. Кроме того, в отличие от работы кремниевого устройства квантовые состояния довольно неустойчивые. Для защиты от разных внешних воздействий необходимы специальные условия.

Все это дает повод скептикам утверждать, что собрать одновременно много кубитов и обеспечить надежность, безошибочную работу такой большой системы никогда не удастся. Либо одно, либо другое. Но с таким же упорством скептики заявляли, что никогда не удастся достичь квантового превосходства, а это произошло. Важно, что таких примеров становится все больше.


ПЯТЬ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАРТАПОВ В СФЕРЕ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

У лидеров собраны системы из сотен кубитов, движутся к тысячам, у нас 16. Грустная цифра.

Руслан Юнусов: Год назад, когда у нас было 4 кубита, а у них сотни, я бы признал, что мы сильно отстаем. Сейчас ситуация кардинально иная. Важно, что мы не только достигли 16 кубитов, главное – есть четкое понимание, как к концу 2024 года выйти на сотню, а затем и на тысячи кубитов. А также достичь квантового превосходства.

На самом деле число кубитов – не самоцель. Как я уже говорил, надо иметь не просто много кубитов, а много хороших кубитов. Например, ионный процессор одного из наших зарубежных коллег всего на 20-30 кубитах бьет системы с сотнями кубитов. И мы знаем, как из наших 16 сделать такую же точную систему. Реализовав “дорожную карту”, рассчитанную до конца 2024 года, значительно сократим отставание от лидеров. Сейчас разрабатывается новая концепция на период 2025-2030 годов.

Лидеры обещают к 2030 году создать квантовый компьютер, который сможет решать самые разные практические задачи. А что планируем мы?

Руслан Юнусов: Говорить об этом еще рано, работа над концепцией только началась. Ее разрабатывают многие институты, вузы и корпорации. Крайне важно, что мы ощущаем полную поддержку со стороны государства. Все понимают значение этих работ для страны, для ее безопасности и суверенитета.

Как санкции повлияли на наши работы?

Руслан Юнусов: По ряду позиций потеряем 1,5-2 года. Но ситуация некритичная. Преодолеем. Главное, что у нас много талантливых молодых сотрудников, которые, несмотря на все тревоги, продолжают работать.

Руслан Юнусов родился в 1976 году в башкирском городе Дюртюли. Окончил с отличием физфак МГУ. Он кандидат физико-математических наук. С 2012 года – сооснователь Российского квантового центра, одного из ключевых в области квантовых технологий. Юнусов объединил в центре более 500 ведущих российских и зарубежных специалистов, создав 19 научных групп и проектов, 8 стартапов, 17 лабораторий. Результаты работы РКЦ признаны в мировом сообществе и опубликованы в ведущих научных журналах, в том числе в Nature и Science. В 2016 году центр вел пилотный проект первой в России линии квантовой защищенной связи между банками, а в 2017-м тестировал первую в стране межкорпоративную квантовую сеть и запустил первый в мире квантовый блокчейн.

Руслан женат, воспитывает шестерых детей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *