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

Громкое имя Громкое имя

Почему Seville стремится на мировую сцену и сколько раз считает нужным влюбиться

VOICE
Семь причин сонливости Семь причин сонливости

Спите 7–8 часов, а днём всё равно клюёте носом?

Здоровье
Андрей Деллос Андрей Деллос

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

Правила жизни
Море по колено Море по колено

Haval H3 — первый кроссовер из профессиональной серии Pro

Автопилот
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
Британские ученые создали самые тонкие в мире «спагетти»! Но зачем? Британские ученые создали самые тонкие в мире «спагетти»! Но зачем?

Зачем химики создали наноспагетти толщиной всего 372 нанометра?

ТехИнсайдер
Девочка созрела Девочка созрела

Как помочь дочери принять свое тело и вовремя заметить, если что-то идет не так

Лиза
Зачарованная страна Зачарованная страна

В сердце Турции есть место, где ты почувствуешь себя будто на другой планете

Лиза
Подари себе кайф Подари себе кайф

Пошаговый план, как правильно подготовиться к нагрузкам и отдохнуть после них

ЖАРА Magazine
Искусственный интеллект в деле Искусственный интеллект в деле

6 возможностей нейросетей в быту: подсказки от эксперта

Лиза
Почему черно-белые фильмы выглядят эстетичнее? Узнайте интересные факты о кино! Почему черно-белые фильмы выглядят эстетичнее? Узнайте интересные факты о кино!

Почему черно-белое кино такое эстетичное?

ТехИнсайдер
Особи, держащие в страхе жителей Индонезии: какие оборонительные стратегии используют ящерицы и другие факты Особи, держащие в страхе жителей Индонезии: какие оборонительные стратегии используют ящерицы и другие факты

Давайте узнаем, что скрывают, на первый взгляд, безобидные ящерицы

ТехИнсайдер
Космос начинается с Земли: метрологическое обеспечение космической техники Космос начинается с Земли: метрологическое обеспечение космической техники

Зачем на Луну сбрасывают зеркала? И как мы пользуемся достижениями метрологии?

Наука и техника
Истоки свободы: почему взгляды коренных народов Америки близки современным ценностям Истоки свободы: почему взгляды коренных народов Америки близки современным ценностям

Как жители Новой Франции воспринимали европейских завоевателей?

Forbes
Раскрутить бизнес на полбяном хлебе Раскрутить бизнес на полбяном хлебе

Как на рынке хлебопечения появился белково-полбяной хлеб

Монокль
Как утильсбор на агротехнику превратился в аналог заградительных пошлин Как утильсбор на агротехнику превратился в аналог заградительных пошлин

Дорожающая техника негативно скажется на рентабельности аграриев

Forbes
Внутри рубина лазерный луч может отбрасывать тень при облучении другим лазером Внутри рубина лазерный луч может отбрасывать тень при облучении другим лазером

Световые мечи из «Звездных войнов» — не просто фантастика

ТехИнсайдер
Без молотка и орехокола: 4 дейтвенных совета, как просто и быстро очистить грецкие орехи от скорлупы Без молотка и орехокола: 4 дейтвенных совета, как просто и быстро очистить грецкие орехи от скорлупы

Очистить гору орехов можно в домашних условиях и без особых усилий

ТехИнсайдер
Самая близкая химия Самая близкая химия

Академик Степан Калмыков — о том, насколько Менделеев повлиял на развитие химии

Наука и жизнь
Николай Свечин: Время имеет вкус, цвет и запах, и автор обязан их различать Николай Свечин: Время имеет вкус, цвет и запах, и автор обязан их различать

Николай Свечин рассказал о сюжете нового романа и судьбе Лыкова после революции

СНОБ
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
Геродот ошибался: армяне произошли не с Балкан, а из Леванта Геродот ошибался: армяне произошли не с Балкан, а из Леванта

Древнегреческий историк ошибался: армяне происходят не с Балкан

ТехИнсайдер
Купите это немедленно! Купите это немедленно!

Как нас заставляют приобретать ненужные вещи в «черную пятницу»?

Лиза
Песни у костра в мегаполисе: как урбанистка создала бизнес на антистресс-хорах Песни у костра в мегаполисе: как урбанистка создала бизнес на антистресс-хорах

Как урбанистке Юлии Штокало пришла идея проводить классы по хоровому пению

Forbes
Альберт Эйнштейн и Нильс Бор Альберт Эйнштейн и Нильс Бор

Элементы сравнительного жизнеописания

Наука и жизнь
Живу и радуюсь! Живу и радуюсь!

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

Лиза
Код света и музыки Код света и музыки

Современное искусство открывает новые направления. Одно из них — медиативный арт

ЖАРА Magazine
Вышел из тени Вышел из тени

С какими тенями борется актер Борис Хвошнянский?

Men Today
Хорошо-то как! Хорошо-то как!

Как научиться получать удовольствие от простых вещей?

Лиза
Заплатить долги Заплатить долги

Что и кому мы должны в семье? И кто это решает?

Psychologies
Открыть в приложении