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

«В Китае путешествовали всегда» «В Китае путешествовали всегда»

О том, как внутренний и внешний туризм устроены в Китае

Правила жизни
Основательный подход Основательный подход

Sirena 48 Hybrid — первая модель с гибридной моторной установкой верфи Sirena

Y Magazine
Ход слоном Ход слоном

Почему та или иная страна становится передовой, а потом вдруг отстающей?

ТехИнсайдер
Последняя задача робототехники Последняя задача робототехники

Современные складские машины способны работать в 500 раз быстрее людей

ТехИнсайдер
Славянская гимнастика Славянская гимнастика

Упражнения для гармонии тела и духа, которые стоит попробовать

Лиза
Обманчивая забота: кто такие «темные эмпаты» и почему легко поддаться их манипуляциям Обманчивая забота: кто такие «темные эмпаты» и почему легко поддаться их манипуляциям

Что такое темная эмпатия? Как распознать нарциссического эмпата?

Forbes
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
7 лучших киногероев-скуфов, которыми мы гордимся 7 лучших киногероев-скуфов, которыми мы гордимся

Иногда даже лысеющий мужичок с пончиками может вдохновить на перемены

Maxim
Снижают самооценку и вызывают фобии: как фильмы и сериалы заставляют нас чувствовать себя неудачниками Снижают самооценку и вызывают фобии: как фильмы и сериалы заставляют нас чувствовать себя неудачниками

Почему фильмы и сериалы на самом деле довольно сильно влияют на нас

Psychologies
Как мошенники используют дипфейки и почему не стоит выкладывать в интернет свои фотографии Как мошенники используют дипфейки и почему не стоит выкладывать в интернет свои фотографии

Дипфейки: можно ли обезопасить себя от мошенников?

Inc.
Потерянные и обретенные Потерянные и обретенные

Истории пропавших шедевров напоминают сюжеты самых невероятных фильмов

Вокруг света
«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
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
«Это__была__мечта» «Это__была__мечта»

Группе Uma2rman — 20 лет! История их успеха напоминает череду счастливых случаев

OK!
NASA испытало прототип робота для поиска жизни в океане Европы NASA испытало прототип робота для поиска жизни в океане Европы

NASA испытало прототип робота для поиска жизни в океане Европы

N+1
Как справляться с телесным дискомфортом при тревоге и других неприятных эмоциях: пошаговая инструкция Как справляться с телесным дискомфортом при тревоге и других неприятных эмоциях: пошаговая инструкция

Фрагмент из книги «Я и мои эмоции» Хесус Ларринага

Psychologies
«Я живу свою жизнь»: о чём мечтает и к чему стремится серебряный призер Паралимпийских игр в Париже в 2024 Зоя Щурова «Я живу свою жизнь»: о чём мечтает и к чему стремится серебряный призер Паралимпийских игр в Париже в 2024 Зоя Щурова

Как живут люди с диагнозом Spina bifida? Рассказала паралимпийская чемпионка

VOICE
Как получать магний из продуктов питания Как получать магний из продуктов питания

Магний — еще один важный элемент для здоровья ваших костей. Как его получать?

ТехИнсайдер
От Винни-Пуха до биткоина От Винни-Пуха до биткоина

9 вещей, которые запрещены в Китае

Лиза
Остановите, я сойду Остановите, я сойду

Прыгаем с эмоциональных качелей — и убегаем

VOICE
Дальнобойщики 2:0 Дальнобойщики 2:0

Страшно ли ехать в кабине беспилотного грузовика?

ТехИнсайдер
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
Время тает Время тает

Ледники, которые стоит лично увидеть, пока они еще не покинули этот мир

Men Today
Владение немецким Владение немецким

Насколько кроссоверы Jetta VS5 и VS7 из Китая фольксвагеновские по восприятию?

Автопилот
Гендерная трансформация АПК Гендерная трансформация АПК

Работа в сельском хозяйстве становится все более привлекательной для женщин

Агроинвестор
Где найти деньги: советы для предпринимателей, как привлечь инвестиции на старте Где найти деньги: советы для предпринимателей, как привлечь инвестиции на старте

Как привлечь инвестиции и как при этом избежать самых распространенных ошибок?

Inc.
Ван Эйк: в раме оптической революции Ван Эйк: в раме оптической революции

Дерево – универсальная метафора ван Эйка, основа его картин

Знание – сила
Просто само совершенство Просто само совершенство

Когда и почему погоня за идеалом мешает тебе быть счастливой

Лиза
Джон Тиндаль и уникальные свойства паров воды: физика и метафизика Джон Тиндаль и уникальные свойства паров воды: физика и метафизика

Физик-экспериментатор Джон Тиндаль и его открытие свойств водяного пара

Знание – сила
8 самых красивых японских внедорожников в истории 8 самых красивых японских внедорожников в истории

Невероятные японские внедорожники, не получившие должного внимания

4x4 Club
Открыть в приложении