Квантовая гонка: за что борется Россия и какие имеет шансы на победу?

МонокльHi-Tech

Вдохновленные превосходством

В квантовой гонке участвует с десяток стран, в том числе Россия. О том, за что мы боремся и какие имеем шансы, — в интервью с директором ФИАНа Николаем Колачевским

Наталья Быкова

Директор ФИАНа Николай Колачевский: «В квантовых технологиях мы стараемся опередить конкурентов именно с качественной, научной точки зрения». Олег Сердечников

Так называемое квантовое превосходство — предсказанная в теории возможность квантовых компьютеров на несколько порядков превзойти классические устройства по скорости и точности вычислений — пока не достигнуто. И хотя в прошлом году американский стартап Atom Computing (IBM) заявил, что взял эту высоту, создав 1000-кубитный процессор, ученые тут же подсчитали, что представленная технология имеет инженерные ограничения и далека от масштабирования.

Нынешний этап квантовой революции пока сугубо научный, и герои его — физики. Но в том, что очень скоро квантовые устройства выйдут на рынок, никто не сомневается. Они займут несколько ниш, в их числе сенсорика, криптография и кибербезопасность, моделирование реакций, оптимизация сложных систем. В более далекой перспективе квантовые компьютеры могут полностью вытеснить традиционную электронику.

Напомним, главное отличие «машин на кубитах» от привычных нам компьютеров в том, что для вычислений в них используется не биты, которые принимают одно из двух значений — 0 или 1, а квантовые биты, которые находятся одновременно в двух состояниях или, по-научному, в суперпозиции. Это позволяет одному кубиту выполнять два вычисления сразу, а когда два кубита связаны с помощью эффекта квантовой запутанности, они могут выполнять уже 22, или 4 вычисления; три кубита — 23, или восемь вычислений, и т. д.

В этом году Россия вошла в топ-5 стран — обладателей 50-кубитного квантового компьютера. Его создали ученые Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Российского квантового центра при поддержке «Росатома». О том, как развивается квантовая гонка, кто инвестирует в квантовые технологии, каковы сильные и слабые стороны России и какого профита ожидать от квантового превосходства, мы поговорили с директором ФИАНа, членом-корреспондентом РАН Николаем Колачевским.

Созданный в октябре 2024 года российский квантовый компьютер имеет мощность 50 кубит и базируется на ионной платформе. Кубиты создаются на основе ионов иттербия. Достижение этого результата заняло у ученых всего четыре года, тогда как средний показатель продолжительности аналогичных исследований в мире — 15 лет.

В этом проекте Россия стала третьей страной после Австрии и США, которая использовала кудитную технологию, то есть задействовала в операциях многоуровневые кубиты — кудиты, кодирующие более двух состояний. Это позволило без дополнительных затрат удвоить количество кубитов в системе. Доступ к российскому квантовому компьютеру осуществляется через облачную платформу, с помощью которой могут быть запущены базовые квантовые алгоритмы.

— Николай Николаевич, сейчас очень много говорят о квантовой гонке, как когда-то о космической или ядерной. А существует ли она в реальности и если да, то по каким направлениям?

— Квантовая гонка, конечно, существует, ее можно считать продолжением другой гонки, лазерной, которая в итоге материализовалась в конкурирующие системы спутниковой навигации, которыми сейчас владеют всего несколько стран. В 1990-х годах с помощью лазеров стали проводиться эксперименты с кубитами: лазерные лучи надежно фиксировали атомы в заданном месте, а спектроскопические методы позволяли работать с квантовым состоянием электронов в них.

Но если двадцать — двадцать пять лет назад идеи великих основателей квантовой теории — Эйнштейна, Гейзенберга — мы развивали на бумаге, то сегодня появились первые квантовые приборы, и на наших глазах разворачивается настоящая битва за владение этими технологиями. Сейчас в приоритете три направления: передача информации, которую невозможно расшифровать, квантовое вычисление и квантовые сенсоры для навигации.

— А от чего зависит лидерство в этом соперничестве? Если в полупроводниках это была битва за уменьшение размеров транзисторов на чипе, то здесь к чему все стремятся?

— Если говорить про коммуникации, лидером в квантовой гонке в этой части будет тот, кто в масштабах страны сделает квантово защищенные линии связи и переведет их в режим сервиса для людей. Грубо говоря, чтобы у вас пароль на «Госуслугах » был квантово защищенный.

В области вычислений — создание квантового компьютера, с помощью которого можно синтезировать новое лекарство или оптимизировать производственный процесс.

Если говорить про сенсорику, то это создание сенсоров для навигации, не зависящей от спутников, и более чувствительных сенсоров для медицины, которые позволят выпускать IоТ-устройства, к примеру для контроля частоты сердечных сокращений, артериального давления, температуры, для пациентов, которые физически не присутствуют в медучреждении. В сенсорике выиграет тот, кто первым создаст маленькие, точные и дешевые квантовые сенсоры.

Что касается непосредственно науки, то гонка идет за количеством и качеством кубитов, с помощью которых и достигается то самое превосходство квантовых компьютеров над классическими, о котором сейчас много говорят. Несколько сотен идеальных кубитов позволят раскладывать на множители 256-битные числа и фактически решать очень сложные задачи.

— Каково соотношение сил в мире по квантовым технологиям? Где в этой иерархии находится Россия со своей разработкой 50-кубитного компьютера?

— Безусловно, мы участники нынешней большой квантовой гонки. До нас в этой иерархии были США, Китай, Великобритания и, как ни странно, Австрия. Россия, получается, пятая. Безусловное лидерство здесь сохраняют США, где очень много ярких ученых и развита не только наука, но и технология, что очень важно, поскольку немалая часть задач в области квантовых вычислений эквивалентны задачам микроэлектроники. Поэтому и управляют этими процессами такие гиганты, как Google, Microsoft, IBM, с которыми на мировом уровне всем тягаться очень тяжело. У них сотни высокооплачиваемых специалистов по поиску алгоритмов для квантовых компьютеров. Опять же инвестиции не только государственные, но и частные. Туда вкладываются миллиарды долларов, хотя в масштабе финансирования графических ускорителей и искусственного интеллекта это все равно будут копейки. Просто у них все организовано так, что они получают максимум возможностей.

Китай занимает другую позицию, у них, наверное, результаты чуть менее яркие, ближе к тому, как развивается это направление в России. Но они берут масштабом. То есть, условно говоря, на каждые наши две квантовые лаборатории у них будет тридцать, а на нашу тысячу километров квантовых коммуникаций у них десять тысяч. Такая вот экстенсивная китайская история. Это, конечно, не в нашу пользу, потому что число исследователей, которые занимаются в Китае квантовыми технологиями в широком смысле, гораздо больше, чем у нас, а, как мы помним, количество в какой-то момент переходит в качество. Наш масштаб небольшой: в дорожной карте по квантовым вычислениям участвуют всего шесть организаций, в каждой из которых имеется по несколько квантовых лабораторий с численностью человек по двадцать. Это, конечно, немного.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Скорпионы и лавры: говорящие детали Скорпионы и лавры: говорящие детали

10 портретов-ребусов эпохи Возрождения

Вокруг света
10 новых сериалов, от которых невозможно оторваться 10 новых сериалов, от которых невозможно оторваться

Лучшие сериалы начала 2020-х годов, которые проглотят все ваше свободное время

Maxim
Средство от хаоса Средство от хаоса

Пора переосмыслить цели и само понятие технического прогресса

Деньги
Янина Жеймо-Костричкина: «Вокруг «Золушки» плелись коварные интриги...» Янина Жеймо-Костричкина: «Вокруг «Золушки» плелись коварные интриги...»

«До последнего вздоха мама оставалась советской гражданкой»

Коллекция. Караван историй
Туда-сюда-издат Туда-сюда-издат

14 историй о том, как писатели пользовались тамиздатом

Weekend
5 недооцененных мест, куда стоит съездить 5 недооцененных мест, куда стоит съездить

Пять нераспространенных направлениях, которые удивят даже опытного туриста

Inc.
Ваш электромобиль проедет 300.000 км без ремонта батареи, утверждает исследование. Ну что, поверим? Ваш электромобиль проедет 300.000 км без ремонта батареи, утверждает исследование. Ну что, поверим?

Деградация аккумуляторов оказалась значительно меньше, чем многие думали

ТехИнсайдер
Любовь и виноград Любовь и виноград

Когда сыну поставили диагноз, его мама думала, что о работе можно забыть. И зря!

Новый очаг
Мир велик, как баобаб Мир велик, как баобаб

На скольких языках говорят африканцы?

Знание – сила
Роман Мадянов: «В моей жизни все решал Его величество господин великий случай» Роман Мадянов: «В моей жизни все решал Его величество господин великий случай»

Люди меня встречают и в большинстве случаев просят: «Можно пожать вашу руку?»

Коллекция. Караван историй
«Меня растили как прислугу для родителей» — историю читательницы комментирует психолог «Меня растили как прислугу для родителей» — историю читательницы комментирует психолог

Как начать жить, если родители внушили чувство долга перед ними?

Psychologies
Раздавили бы камни трилитона деревянные катки? Раздавили бы камни трилитона деревянные катки?

Насколько большое бревно нужно под вес камней трилитона Баальбека – 800 т.?

Наука и техника
Тимур и его столица Тимур и его столица

Как Тимур стал эффективным сити-менеджером

Вокруг света
Какие навыки нужны топ-менеджерам для обеспечения успеха и стабильности бизнеса — отвечают лидеры российских компаний Какие навыки нужны топ-менеджерам для обеспечения успеха и стабильности бизнеса — отвечают лидеры российских компаний

Какие навыки помогают топ-менеджерам развивать свои компании?

СНОБ
Когда после смерти мужа или жены можно заводить новые отношения? Когда после смерти мужа или жены можно заводить новые отношения?

Как построить новую любовь после потери близкого человека?

Psychologies
Семейные ценности Семейные ценности

Уютный загородный дом для большой семьи из трех поколений

SALON-Interior
Музей целой Вселенной Музей целой Вселенной

Кирхерианум: что общего у ордена иезуитов и интерактивного музея

Вокруг света
Живу и радуюсь! Живу и радуюсь!

Верна ли позиция, что лучше быть готовым к трудностям, а не к радостям?

Лиза
15 признаков абьюзивных отношений 15 признаков абьюзивных отношений

Каковы же признаки абьюза? Давайте еще раз перечислим самые яркие

Psychologies
Как уйти от абьюзера и разорвать отношения? Как уйти от абьюзера и разорвать отношения?

Уйти от абьюзера: какие основные шаги и куда можно обратиться?

Psychologies
Нечетная горбуша Нечетная горбуша

Известную рыбу горбушу следует рассматривать как два отдельных вида

Знание – сила
Просто само совершенство Просто само совершенство

Когда и почему погоня за идеалом мешает тебе быть счастливой

Лиза
Самец краснолицего гульмана вторгся в чужую группу и убил несколько детенышей Самец краснолицего гульмана вторгся в чужую группу и убил несколько детенышей

Почему самцы приматов бывают жестокими по отношению к чужим детенышам?

N+1
Игры торговых сетей Игры торговых сетей

Как ритейлеры зарабатывают на геймификации

Деньги
Honda представила кроссовер Passport четвертого поколения, сделав акцент на внедорожные характеристики и сохранив 3.5V6 Honda представила кроссовер Passport четвертого поколения, сделав акцент на внедорожные характеристики и сохранив 3.5V6

Новый Passort от Honda: смесь классического SUV и копия Isuzu Rodeo

4x4 Club
Жизнь Нэнси Уорд, женщины из племени Чероки, которая боролась за мир с европейскими поселенцами Жизнь Нэнси Уорд, женщины из племени Чероки, которая боролась за мир с европейскими поселенцами

Нэнси Уорд: от статуса племянницы вождя до титула «Военной женщины»

ТехИнсайдер
«Ты настоящая молния»: как Билли Джин Кинг помогла создать женскую хоккейную лигу «Ты настоящая молния»: как Билли Джин Кинг помогла создать женскую хоккейную лигу

Как Билли Джин Кинг реализовала мечту более 200 хоккеисток

Forbes
Золотые меандры Сиинэ Золотые меандры Сиинэ

Водный и горный туризм в Якутии: путешествие от первого лица

Наука и жизнь
Болотный хлопок Болотный хлопок

Пушица — растение с мягким пушком, которое растёт на болотах

Наука и жизнь
Инфернальный Хью Грант, Пингвин Фаррелл и другие внезапные злодейские роли известных актеров Инфернальный Хью Грант, Пингвин Фаррелл и другие внезапные злодейские роли известных актеров

Актеры, которые отважились сменить амплуа и сыграть отрицательных персонажей

СНОБ
Открыть в приложении