ФПИ: Россия может войти в пятерку лидеров по квантовым вычислениям

МЕНЮ


Искусственный интеллект
Поиск
Регистрация на сайте
Сбор средств на аренду сервера для ai-news

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация




RSS


RSS новости

Новостная лента форума ailab.ru


В начале ноября государственная корпорация "Росатом" заявила о планах создания к 2024 году первого отечественного квантового компьютера. В основу проекта лягут результаты многолетней работы консорциума российских научных коллективов по созданию ключевых элементов квантовой машины. Работы в области квантовых технологий курирует Фонд перспективных исследований. О том, что такое квантовый компьютер, когда Россия создаст свою подобную машину, чем новые технологии могут помочь, а чем навредить человечеству, в интервью специальному корреспонденту РИА Новости Дмитрию Струговцу рассказали научный руководитель Центра квантовых технологий физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Сергей Кулик и научный руководитель ФГУП "ВНИИА им. Н.Л. Духова", член научно-технического совета Фонда перспективных исследований Александр Андрияш.

— Что такое квантовый компьютер? Можете объяснить на пальцах, как он работает?

Кулик: В отличие от классического компьютера, где вычисления выполняются с использованием элементов, находящихся в одном из двух состояний (битов), в квантовом компьютере используются элементы, находящиеся как бы в обоих состояниях одновременно — квантовые биты или сокращенно кубиты. Можно сказать, что состояние кубита это вектор в некотором двумерном комплексном пространстве. Возьмем три классических бита и получим три состояния нулей и единиц, возьмем три запутанных кубита, и их будет уже восемь! Так, увеличивая количество кубитов в системе, мы невероятным образом разворачиваем пространство состояний и можем одновременно работать с ними со всеми.

Андрияш: Ожидается, что квантовые компьютеры смогут решать определенные очень сложные вычислительные задачи экспоненциально быстрее классических компьютеров. Юрием Маниным и Ричардом Фейнманом еще в начале 80-х годов были высказаны идеи о том, что моделирование квантовых физических процессов эффективно может быть выполнено только с помощью компьютеров на основе принципов квантовой механики. Предполагалось, что применение обычных процессоров для расчета даже простейших квантово-механических систем требует колоссального количества вычислительных ресурсов и времени (десятки, сотни тысяч лет), что делает задачу нерешаемой. Квантовому компьютеру доступны элементы эффективного и быстрого управления квантовыми эффектами – запутывание, суперпозиция и интерференция, которые могут быть задействованы для анализа огромного вычислительного пространства.

— Зачем нужны высокие мощности вычислений? Для каких задач нужны квантовые компьютеры?

Андрияш: Квантовые вычисления нужны прежде всего для решения задач, связанных с описанием квантовых систем: свойства материалов, квантовая химия. Другой класс задач – различного рода оптимизационные задачи: логистика, поиск в огромных базах данных. Число типов задач, для которых квантовый компьютер может быть будет значительно эффективнее классического, постоянно растет.

Одной из важнейших задач для квантовых компьютеров может стать разработка новых лекарств. Биологи и фармацевты всего мира сегодня бьются, и не всегда успешно, над сложными формулами действующих веществ для борьбы с онкологией, ВИЧ, другими заболеваниями. С помощью квантовой машины они смогут оперативно просчитать миллионы вариантов и синтезировать нужную молекулу.

И, конечно, очень часто такие крупные и наукоемкие проекты сопровождаются появлением множества спин-оффов в виде полезных человечеству решений. Так было с атомным проектом, освоением космоса, этого же мы ждем и от квантового компьютера.

Научный руководитель ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова, член научно-технического совета Фонда перспективных исследований Александр Андрияш

Научный руководитель ФГУП "ВНИИА им. Н.Л. Духова", член научно-технического совета Фонда перспективных исследований Александр Андрияш

— Какие задачи квантовые компьютеры смогут решать для обеспечения безопасности и обороноспособности страны?

Кулик: Есть ли что-то более ценное для государства сегодня, чем информация? Так вот, с появлением квантового процессора уверенности в полной защите данных, включая топ-секреты государственных органов, big data бизнес-структур, гражданского населения, может прийти конец. В этом плане квантовые технологии могут стать и мощнейшим оружием, и мощнейшей защитой.

Андрияш: Создание квантовых компьютеров, безусловно, окажет серьезное влияние на развитие вооружений, военной и специальной техники. Это перспективные материалы и элементная база, новая энергетика, новая логистика. В случае если квантовые компьютеры оправдают связанные с ними надежды, изменятся не только средства вооруженной борьбы, но и сами подходы к ведению войн, поэтому неудивительно, что квантовая гонка набирает все большие обороты и становится национальным приоритетом ведущих мировых держав.

— Каково место России в мировой квантовой гонке? Есть ли у нас платформа для будущего рывка?

Андрияш: Мы стартовали гораздо позже западных коллег — первые ростки начали появляться вместе с квантовыми проектами Фонда перспективных исследований в 2015-2016 годах, и именно они заложили научно-технические основы для прорывного развития этого направления в стране. Да, мы в разы сократили отставание от западных разработок, создав кооперацию работавших по отдельности научных групп. И сейчас есть очень обнадеживающие результаты — в сентябре этого года заработал первый российский прототип квантового процессора и реализован квантовый алгоритм Гровера. Это подтверждает правильный курс наших исследований.

Сегодня очень важно, что технологическая и научно-техническая база для будущего прорыва есть. Нужно не останавливаться на достигнутом, и с дальнейшей поддержкой со стороны крупных корпораций и государства продолжать интенсивную работу.

— Расскажите подробнее об этих проектах. Какие работы по квантовым компьютерам ведет ФПИ? Какие результаты ожидаются?

Андрияш: В настоящий момент работы ведутся по двум проектам фонда, их задача – разработка демонстрационного прототипа квантового компьютера. В рамках первого проекта, который завершается в 2019 году, отрабатываются технологии создания ряда ключевых элементов квантового компьютера на основе так называемых сверхпроводниковых кубитов. В работе принимает участие консорциум, в который входят МГТУ им. Н.Э. Баумана, МФТИ, МИСИС, НГТУ, ИФТТ РАН, РКЦ, а также ВНИИА им. Н.Л. Духова. За три года участниками проекта проведена действительно большая работа. Мы разработали технологию и научились создавать ключевые компоненты сверхпроводниковых многокубитных схем. Кстати, на таких кубитах выполнен процессор Sycamore от Google. По отдельным параметрам наши разработки не уступают лучшим зарубежным аналогам.

В рамках второго проекта в Центре квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова и ИФП СО РОАН имени А.В. Ржанова, при участии МГТУ им. Н.Э. Баумана, ВНИИА им. Н.Л. Духова и при поддержке ФПИ и субсидии НТИ разрабатываются квантовые вычислительные системы на основе одиночных атомов и фотонных чипов. В планах запуск прототипа квантового компьютера масштаба до 50 кубитов к 2021 году, причем система будет оснащена возможностью облачного доступа для сторонних пользователей. К 2024 году следует ожидать масштабирования этой системы до уровня нескольких сотен физических кубитов с повышением точности логических операций до 97-99%.

— Ранее Google сообщила о создании первого в мире 54-кубитного процессора, способного решать задачи, которые современным суперкомпьютерам пришлось бы решать тысячелетиями. Как вы оцениваете это достижение?

Андрияш: Эксперимент по демонстрации квантового превосходства является концептуальным доказательством эффективности квантовых компьютеров. Именно поэтому прорыв Google часто сравнивают с запуском первого спутника или созданием атомной бомбы, и это справедливо. И дело даже не в том, насколько быстрее были проведены вычисления в сравнении с классическим и даже суперкомпьютером, а в том, что была продемонстрирована принципиальная возможность проведения управляемых вычислений на квантовом процессоре столь большого масштаба. До настоящего момента ряд теоретических команд высказывали и продолжают высказывать предположения о невозможности функционирования больших искусственных квантовых систем в силу принципиальных физических ограничений. Команда Google экспериментально опровергает это пессимистичное утверждение.

— Сообщалось, что квантовый компьютер может быстро расшифровать все ноды (узлы сети (компьютеры), в которых хранятся "кошельки" с криптовалютой) и добыть биткоины, что положит конец эре криптовалют. Согласны ли с этим утверждением?

Кулик: В этом кроется одна из угроз. Действительно, асимметричная криптография окажется под большим ударом, как только будет запущен эффективный квантовый компьютер.

Другая угроза, которую можно избежать, внедряя как квантово-криптографические, так и постквантовые методы защиты информации, это возможность переориентации огромных вычислительных мощностей, уже обслуживающих майнинг криптовалют, на переборные методы взлома асимметричных (классических) систем шифрования.

— В перспективе на 5-10 лет на какое место в мире по развитию квантовых компьютеров, по вашему мнению, может выйти Россия?

Андрияш: Все зависит от уровня организации работ, объема и способа выделения средств. Сейчас деятельность в области квантовых исследований сконцентрирована вокруг двух центров – МГУ и ВНИИА. И нельзя размывать эту ответственность между разными организациями, фондами, необходимо сохранять и наращивать научную кооперацию. Уверен, что при идеальной организации работы мы могли бы войти в пятерку мировых лидеров.

Кулик: Эта работа требует планомерной, серьезной и последовательной междисциплинарной работы. Это невероятно ресурсоемкие исследования, поскольку конечный результат требует собрать воедино последние достижения микроэлектроники, нанотехнологий, современной физики, СВЧ- и криогенной техники, средств математического моделирования, облачных технологий, системного и прикладного программного обеспечения. А это не только оборудование лучших мировых производителей, новейшие технологии и инфраструктура, но и, самое главное, большая единая команда профессионалов во многих направлениях науки и техники.


Источник: ria.ru

Комментарии: