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

Планета людей Планета людей

Там, где она бывает, в домах топятся печи и сохнет шерсть, а хозяева пекут хлеб

Seasons of life
«Белорусские мифы. От Мары и домашнего ужа до волколака и Злыдни» «Белорусские мифы. От Мары и домашнего ужа до волколака и Злыдни»

Какая нечистая сила обитает в вихре

N+1
Андрей Деллос Андрей Деллос

Как сделать дворец уютным и нужно ли прививать москвичам привычку есть в музеях

Правила жизни
«Нас очень быстро догнала реальность» «Нас очень быстро догнала реальность»

Анна Кузнецова о своем дебютном фильме «Каникулы»

Weekend
Тайная история насекомых: три научных открытия из жизни букашек Тайная история насекомых: три научных открытия из жизни букашек

Светлячки среди динозавров, история цивилизации муравьев и очень умные бабочки

СНОБ
Как человеческий мозг может быть таким большим Как человеческий мозг может быть таким большим

Для чего человеческому мозгу такие активные нейроны?

ТехИнсайдер
«Окольцованная» Земля «Окольцованная» Земля

Где планеты находят свои кольца? Могли ли они быть и у Земли?

Наука и жизнь
Дело молодое Дело молодое

Как перестать участвовать в офисной драме поколений и начать работать

VOICE
Ангелина Вовк: «Мечтала идти по стопам отца, летать на самолетах, а судьба привела на телевидение» Ангелина Вовк: «Мечтала идти по стопам отца, летать на самолетах, а судьба привела на телевидение»

Жизнь советской телеведущей — это не слава, не гламур

Коллекция. Караван историй
Я — сноб: искусствовед Анастасия Постригай Я — сноб: искусствовед Анастасия Постригай

Анастасия Постригай об академии OP-POP-ART и любви к художникам-шестидесятникам

СНОБ
Личинки, серебро и кровопускание: как люди лечились до появления антибиотиков Личинки, серебро и кровопускание: как люди лечились до появления антибиотиков

Как люди лечились до открытия пенициллина?

ТехИнсайдер
На грани извержения: как люди живут на территориях рядом с вулканами На грани извержения: как люди живут на территориях рядом с вулканами

Как человечество научилось жить рядом с источниками опасности?

Forbes
Я возвращаю ваш портрет Я возвращаю ваш портрет

Знакомство с профайлерами — специалистами, которые помогают ловить преступников

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Бегом-бегом: 6 секретов, как сэкономить время и везде успеть Бегом-бегом: 6 секретов, как сэкономить время и везде успеть

Как научиться трезво оценивать свой список задач и успевать намного больше?

Psychologies
Подводный меч страны Чучхе Подводный меч страны Чучхе

Военно-морские силы КНДР обладают одним из крупнейших в мире подводных флотов

Наука и техника
Почему музыка из вашей молодости — лучше? Узнайте интересный ответ ученых! Почему музыка из вашей молодости — лучше? Узнайте интересный ответ ученых!

В чем секрет привлекательности музыки из молодости?

ТехИнсайдер
Отражение — это еще не вы: что такое зеркальное «Я» и как увидеть себя в мире фейков и фильтров Отражение — это еще не вы: что такое зеркальное «Я» и как увидеть себя в мире фейков и фильтров

Когда вы смотрите в зеркало, что вы видите?

Psychologies
Почему пловцы-профи дышат не на каждом гребке – и надо ли вам делать так же Почему пловцы-профи дышат не на каждом гребке – и надо ли вам делать так же

Почему пловцы так редко дышат во время заплыва?

ТехИнсайдер
Гриша и школа Гриша и школа

Как помочь детям с опытом сиротства адаптироваться к школе? История Гриши

Новый очаг
Река невидимой мощи – контактная сеть Река невидимой мощи – контактная сеть

На железной дороге не обойтись без систем СЦБ и рельсовых цепей

Наука и техника
Сибирский центр притяжения Сибирский центр притяжения

Чем Новосибирская область удивит своих гостей?

Отдых в России
Как заинтересовать клиента, и почему люди больше не любят гипермаркеты Как заинтересовать клиента, и почему люди больше не любят гипермаркеты

Как рынку электроники привлекать новых клиентов?

Inc.
7 реальных историй хотела здорово, получилось красиво 7 реальных историй хотела здорово, получилось красиво

Истории читательниц, которые хотели сделать вклад в здоровье, а получили красоту

Новый очаг
Золотые меандры Сиинэ Золотые меандры Сиинэ

Водный и горный туризм в Якутии: путешествие от первого лица

Наука и жизнь
Важный показатель Важный показатель

Что такое гликированный гемоглобин, кому и зачем его стоит сдавать

Лиза
Новый рекорд Новый рекорд

23 сентября 2024 года совершил посадку аппарат космического корабля «Союз МС-25»

Наука и техника
Как добавить 11 лет своей жизни? Ходьбой! Как добавить 11 лет своей жизни? Ходьбой!

Каждый час ходьбы может принести до шести лет «дополнительной» жизни

ТехИнсайдер
Мир велик, как баобаб Мир велик, как баобаб

На скольких языках говорят африканцы?

Знание – сила
Как вернуть голос Как вернуть голос

Можно ли восстановить голос без помощи врача?

Лиза
«Чукотка» на воде, ждем «Лидера» «Чукотка» на воде, ждем «Лидера»

Россия последовательно наращивает свою ледокольную группировку

Монокль
Открыть в приложении