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

Незаменимы во все времена Незаменимы во все времена

Как трансформировалась профессия водителя такси и какое будущее ждет ее

РБК
Научить хорошему Научить хорошему

Как транслировать ребенку именно то, что для нас ценно?

Psychologies
Горячее сердце Алтая Горячее сердце Алтая

На Алтае староверы испокон веков искали загадочную страну Беловодье

Вокруг света
Как превратить «недоотношения» в отношения? Попробуйте «суповой тест» Как превратить «недоотношения» в отношения? Попробуйте «суповой тест»

Как «суповой тест» поможет прояснить отношения?

Psychologies
Экономика падения Берлинской стены Экономика падения Берлинской стены

Поспешная интеграция Восточной Германии в Западную обошлась очень дорого

Монокль
Если поднялась температура Если поднялась температура

Сбивать ли ребенку повышенную температуру?

Лиза
5 недооцененных мест, куда стоит съездить 5 недооцененных мест, куда стоит съездить

Пять нераспространенных направлениях, которые удивят даже опытного туриста

Inc.
Свобода выражения Свобода выражения

Команда Buro Bespoke создала вдохновляющий на открытия интерьер для семьи

SALON-Interior
Цвет вашей кожи может влиять на эффективность лекарств Цвет вашей кожи может влиять на эффективность лекарств

Как кожа человека реагирует на лекарства в зависимости от ее типа?

ТехИнсайдер
Новая уникальная антилопа Азии Новая уникальная антилопа Азии

Уникальные саолы — редкие "единороги" из горных лесов Вьетнама

Знание – сила
«Всякая теория — это хорошо организованный бред» «Всякая теория — это хорошо организованный бред»

Почему Жак Лакан такой сложный и при чем тут любовь

Weekend
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
Кочегар Кочегар

История Прохора, который трудится в необычной кочегарне

Знание – сила
Прошлое, стертое с лица планеты: 5 утраченных памятников культурного наследия Прошлое, стертое с лица планеты: 5 утраченных памятников культурного наследия

Какие предметы культурного наследия были бесследно уничтожены?

ТехИнсайдер
Зубы мудрости: почему взрослым не нужно бояться носить брекеты и элайнеры Зубы мудрости: почему взрослым не нужно бояться носить брекеты и элайнеры

Почему почему элайнеры и брекеты — повод для восхищения, а не ухмылки

Forbes
Как 25-летняя москвичка выручила 32 млн рублей на подвесках из бусин Как 25-летняя москвичка выручила 32 млн рублей на подвесках из бусин

Как появился и за счет чего вырос бренд подвесок из бусин Krivokoso

Forbes
Знаменитые пары с большой разницей в возрасте Знаменитые пары с большой разницей в возрасте

15 примеров, что любви все возрасты покорны

Maxim
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
«Тайные безумцы Российской империи XVIII века» «Тайные безумцы Российской империи XVIII века»

Как органы политического сыска ставили диагнозы

N+1
Триумф и падение Триумф и падение

Александр был уверен, что проживет долго, как подобает «божественному» царю

Знание – сила
«Скелеты в шкафу: Как наша тайная жизнь управляет явной» «Скелеты в шкафу: Как наша тайная жизнь управляет явной»

В какой момент младенцы начинают хранить тайны лучше шимпанзе

N+1
В мире смартфонов грядет революция В мире смартфонов грядет революция

Apple создает AI Phone — умного помощника

ТехИнсайдер
Как за каменной стеной Как за каменной стеной

Почему города становятся заповедниками для редких животных

N+1
Красота, за которой скрывалась жестокость: самые известные женщины-серийные убийцы в истории Красота, за которой скрывалась жестокость: самые известные женщины-серийные убийцы в истории

В нашей подборке — женщины-убийцы из разных исторических периодов

ТехИнсайдер
Река невидимой мощи – контактная сеть Река невидимой мощи – контактная сеть

На железной дороге не обойтись без систем СЦБ и рельсовых цепей

Наука и техника
Сергей Снежкин: «Режиссерский голос над всем пространством съемочной площадки должен звучать как гром небесный» Сергей Снежкин: «Режиссерский голос над всем пространством съемочной площадки должен звучать как гром небесный»

Я взошел на трибуну и водрузил диктофон прямо у микрофона. Повисла пауза

Коллекция. Караван историй
«Когда долго не идут лайки, я думаю, что у меня уже просто шизофрения». Поэтесса Любовь Макаревская о новой книге, дейтингах и стихотворениях «Когда долго не идут лайки, я думаю, что у меня уже просто шизофрения». Поэтесса Любовь Макаревская о новой книге, дейтингах и стихотворениях

Любовь Макаревская о новой книге, молодости, дейтингах и ее стихотворениях

СНОБ
Ничего личного Ничего личного

Почему не стоит давать советы окружающим?

VOICE
У позвоночных нашлось семь поводов поесть фекалий У позвоночных нашлось семь поводов поесть фекалий

Пищевую копрофагию у позвоночных животных можно разделить на семь категорий

N+1
Порто-франко на Суэце Порто-франко на Суэце

Какие возможности открывает российская производственная зона в Египте

Монокль
Открыть в приложении