Обзор перспективных направлений квантовых технологий

«Геннадий Красников: Россия вступила в технологическую гонку за достижение квантового превосходства».

Пленарное заседание, посвященное квантовым технологиям, открыл своим докладом «Квантовые технологии: состояние и перспективы развития» почетный Президент Форума «Микроэлектроника», Председатель программного комитета форума, академик РАН Геннадий Красников. Он отметил, что эффекты квантового мира пронизывают сейчас все электронные технологии, включая те, что мы привыкли считать классическими полупроводниковыми.

Квантовые технологии - междисциплинарная область науки и техники, в основе которой лежит возможность управления отдельными квантовыми состояниями объектов и их измерения. Сегодня в сферу квантовых технологий включают квантовые вычисления, моделирование, квантовые коммуникации, криптографию и различного рода квантовые сенсоры физических полей.

Между основными направлениями квантовых технологий существует большая синергия, выражающаяся во взаимном дополнении этих предметных областей. Практические примеры включают моделирование квантовых систем (квантовые компьютеры), которые решают задачи факторизации простых чисел, ускорение сложных расчетов по созданию новых материалов, лекарств, моделирование социальных процессов, создание криптографически устойчивых коммуникаций, а также сенсоров.

На современном этапе технологий под квантовым компьютером подразумевается отдельный блок высокоскоростных вычислений (вычислитель) с управлением от классического компьютера. Процесс загрузки квантового вычислителя переводит информацию в булевые состояния, далее каждый кубит – квантовый бит информации в виде отдельной квантовой частицы - подвергается воздействию полей и переводится в неосновные булевые состояния. Затем фиксируется конечное состояние этих кубитов, которое является решением, т.е. результатом расчета.

Геннадий Красников рассказал об основных алгоритмах квантовых вычислений – алгоритм Шора, алгоритм Залки-Визнера, алгоритм Дойча-Йожи и др. – о разных типах квантовых кубитов, проблеме коррекции ошибок после проведения вычислений.

Далее в докладе был рассмотрен международный опыт в области квантовых технологий, приведены примеры существующих квантовых процессоров. США, страны ЕС и КНР активно развивают проекты в области квантовых технологий и в этой технологической гонке между странами и компаниями по созданию работающих прототипов квантовых вычислителей участвует и Россия. Были продемонстрированы «Основные задачи направления «Квантовые вычисления» на 2021-2024гг., результатом решения которых должно стать сокращение отставания от мировых лидеров до 2-3 лети доведение числа кубитов в российских проектах до 50 к 2023 году и до 100 к 2024 году.

Геннадий Красников рассказал о существующих российских программах и рабочих группах, ведущих исследования в области квантовых технологий: Центрах Национальной Технологической Инициативы МГУ, МиСИС, Лидирующих Исследовательских Центрах: Международном центре квантовой оптики и квантовых технологи – Российский квантовый центр и ИТМО, существующих в госкорпорациях дорожных картах по развитию квантовых технологий, где исследования в области квантовых вычислений поддерживает Росатом, в области квантовых коммуникаций – РЖД и квантовых сенсоров – Ростех.

В докладе были рассмотрены вопросы квантовых коммуникаций, в том числе принципы квантовой криптографии и перспективы ее развития в области создания повторитетелей-ретрансляторов сигнала, а также новых «постквантовых» алгоритмов, сосредоточенных на различных подходах, решающих проблему квантовых атак.

Были рассмотрены также Основные задачи направления «Квантовые коммуникации» на 2021-2024гг., включающие том числе повышение предельной дальности распределения квантового ключа и повышение предельной скорости его генерации.

В конце доклада академик Геннадий Красников остановился на ситуации так называемого «квантового превосходства», которое выражается в возможностях уже первых прототипов квантовых вычислителей выполнять набор повторяющихся операций на несколько порядков быстрее в сравнении с лучшими существующими суперкомпьютерами.

Источник: vk.com

Комментарии: