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

Нечестный процент Нечестный процент

Вместо честной годовой доходности по вкладу банки демонстрируют чудеса хитрости

Монокль
Микронос, смена цвета глаз и заплатка на язык: самые безумные и опасные виды пластики Микронос, смена цвета глаз и заплатка на язык: самые безумные и опасные виды пластики

Список самых бесполезных пластических операций

VOICE
Диана Арбенина: «Книги как хлеб, их надо нюхать!» Диана Арбенина: «Книги как хлеб, их надо нюхать!»

Диана Арбенина — о возрасте, творчестве и отношениях с матерью

СНОБ
Высчитываем биоритмы Высчитываем биоритмы

Как построить день так, чтобы не только всё успеть, но и преуспеть?

Лиза
«Три толстяка» в пятнадцати пунктах «Три толстяка» в пятнадцати пунктах

Краткая история первой советской сказки «Три толстяка»

Weekend
Север и Юг США: долгий путь к войне Север и Юг США: долгий путь к войне

Промышленная революция в Европе по-разному сказалась на южных и северных штатах

Наука и техника
«Мы запустились на чистом энтузиазме, денег не было совсем»: режиссер Иван Соснин о фильме «Пришелец» «Мы запустились на чистом энтузиазме, денег не было совсем»: режиссер Иван Соснин о фильме «Пришелец»

Режиссер Иван Соснин — о любви к фантастике и недоверии к компьютерной графике

СНОБ
Здания-рекордсмены: постройки России, которые попали в Книгу рекордов Гиннесса Здания-рекордсмены: постройки России, которые попали в Книгу рекордов Гиннесса

Здания России, которые побили самые разные мировые рекорды

ТехИнсайдер
На кону Трамп На кону Трамп

«Ученик. Восхождение Трампа»: рассказ о молодых годах Дональда Трампа

Weekend
Знали ли вы, что витамины можно «вдыхать» Знали ли вы, что витамины можно «вдыхать»

Почему мы чувствуем бодрость, когда вдыхаем свежий воздух на природе?

ТехИнсайдер
Astondoa — имя собственное Astondoa — имя собственное

Портрет старейшей испанской верфи Astondoa Yachts: история и жизнь сегодняшняя

Y Magazine
Чудеса Каспия Чудеса Каспия

Дербент — древнейший город России

Лиза
Шимпанзе лучше выполняют задания, если на них смотрят зрители Шимпанзе лучше выполняют задания, если на них смотрят зрители

«Эффект аудитории» укоренился в социальной эволюции человекообразных обезьян

ТехИнсайдер
Степени сна Степени сна

Тест-драйв кубика для улучшения качества сна

ТехИнсайдер
Что такое сложные углеводы и в каких продуктах они содержатся Что такое сложные углеводы и в каких продуктах они содержатся

Почему приоритет в питании отдают сложным углеводам?

РБК
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
Жизнь Ли Жизнь Ли

Кейт Уинслет о своем новом фильме «Ли» и истории Ли Миллер

Grazia
Эхо горы Эхо горы

«Волшебная гора» Томаса Манна: роман-собор, роман-университет, роман-путешествие

Weekend
Не пытайтесь от него избавиться: 4 способа обратить синдром отличницы себе во благо Не пытайтесь от него избавиться: 4 способа обратить синдром отличницы себе во благо

С чем связан синдром отличницы? Какие у него последствия?

Psychologies
Мое тело: совершенствование VS принятие Мое тело: совершенствование VS принятие

Можно ли найти гармонию с собственным телом, если мы им недовольны?

Psychologies
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
Интернет: зависимость или досуг? Интернет: зависимость или досуг?

Интернет: обратная сторона медали

Здоровье
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
7 романов о длительных отношениях и семейных кризисах 7 романов о длительных отношениях и семейных кризисах

Топ-7 романов о кризисах в браках и их преодолении

Psychologies
Живу и радуюсь! Живу и радуюсь!

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

Лиза
Свобода выражения Свобода выражения

Команда Buro Bespoke создала вдохновляющий на открытия интерьер для семьи

SALON-Interior
Культура публичной порки: почему мы так любим «казнить» провинившихся знаменитостей Культура публичной порки: почему мы так любим «казнить» провинившихся знаменитостей

Глава из книги Джонатана Сакса — о культуре отмены и самосуде

Psychologies
Женские секреты Женские секреты

Лучшие идеи для обустройства туалетного столика в спальне

Лиза
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
Полный метр Полный метр

Уютно обустраиваем зоны для работы, отдыха и бьюти-экспериментов

VOICE
Открыть в приложении