Руслан Юнусов, РКЦ — о секретности квантовых коммуникаций и госбезопасности

Российские ученые поставили перед собой амбициозные цели — уже к 2024 году сократить отставание от международных институтов в разработках квантовых вычислителей до двух-трех лет. Для этого есть всё необходимое, в том числе и перспективные молодые кадры. Кроме того, для развития и экспертизы будут привлекаться зарубежные специалисты. Уже сегодня Россия вошла в круг лидеров, занимающихся квантовыми коммуникациями. А уже через пять-десять лет именно эта технология станет гарантом государственной безопасности. «Хайтек» снова встретился с главой РКЦ Русланом Юнусовым на форуме «Открытые инновации» и поговорил с ним о том, как объединить усилия российских и зарубежных исследователей и зачем нам нужны квантовые технологии.

Руслан Юнусов — генеральный директор Российского квантового центра (РКЦ), 15-летний опыт работы в области ТЭК, а также в компаниях инвестиционного профиля. За семь лет ему удалось создать 13 научных групп, две группы прикладной направленности, организовать три проекта и запустить семь стартапов. Возглавил команду по разработке дорожной карты «Квантовые технологии» в рамках национальной программы «Цифровая экономика».

РКЦ — исследовательская организация, занимающаяся фундаментальными и прикладными исследованиями в области квантовой физики, а также созданием и коммерциализацией новых технологий и устройств, основанных на использовании квантовых эффектов.

Что такое квантовый компьютер и зачем он понадобился

— Как объяснить человеку, не сильно погруженному в ИТ, что такое квантовый компьютер?

— Чтобы объяснить, что такое квантовый компьютер, необходимо показать его различия с классической вычислительной техникой. Традиционный вычислитель состоит из множества регистров, которые могут быть в состоянии «0» или «1». Их в процессоре сотни миллионов, даже в вашем телефоне их несколько миллиардов. Но в каждый момент времени они имеют только одно значение. А квантовый компьютер отличается тем, что его регистры находятся сразу в состоянии и «0», и «1» одновременно. Это как книга, в которой одновременно представлены все возможные буквы, когда на каждой позиции текста стоят все буквы одновременно. С точки зрения обывателя это невероятная штука, которая в обычном мире невозможна. В жизни мы видим указатель либо направо, либо налево, красный или зеленый, но чтобы было одновременно, — такого у нас нет. И квантовые технологии открывают перед человечеством такую многовекторность.

Первый квантовый компьютер для коммерческого использования создан компанией IBM. Q System One был анонсирован на выставке CES 2019. Аппаратное обеспечение представлено системой из 20 кубитов. Вычислитель может выполнять самокалибровку и оптимизирован под использование в криогенных условиях. Имеется интерфейс для подключения к облачному сервису. Это позволит использовать квантовые вычисления в пользовательских системах и для нужд бизнеса.

1 кубит — элемент для хранения информации в квантовом компьютере. Как и бит, он может находиться в двух состояниях (0 или 1) и еще быть в суперпозиции альтернативных состояний (одновременно 0 и 1).

— Что это дает?

— Если у нас есть какая-то задача, требующая параллельных вычислений, новая технология позволит просчитать сразу множество вариантов и посмотреть, какое решение будет лучше. Для таких задач квантовый компьютер будет наиболее востребован, так как находится во всех состояниях сразу. Ему по силам перебрать за один прогон все возможные варианты. Именно поэтому область его применения достаточно широка. Это задачи по оптимизации процессов, или в квантовой химии. Там, где надо перебирать возможные варианты конечных решений, вне зависимости от результатов на промежуточных этапах. Вот для таких систем квантовый компьютер даст колоссальный рост производительности.

Как собрать квантовый компьютер и кто этим занимается

— Кто занимается разработкой квантовых компьютеров? Есть ли в России специализированные вузы, которые готовят таких специалистов?

— В России есть несколько исследовательских команд, занимающихся разработкой квантовых компьютеров. Но в этой технологии, как и в классическом случае, есть аппаратное «железо» — это одни компании, а другие разработчики готовят софт — ОС, офисные и специализированные приложения. Так же и в квантовых компьютерах имеется три важных составляющих: аппаратное обеспечение, ОС и программный продукт, выполняющий заданный алгоритм.

Для универсального компьютера способ решения одной из составляющих не имеет особого значения. Поэтому разработки ведутся сразу различными командами. Одна группа работает в экспериментальной среде, занимаясь построением аппаратной части. Другие группы разрабатывают алгоритм вычислений. И если говорить про «железо», то таких команд в России несколько. Они занимаются строительством квантовых компьютеров из разных деталей. У кого получится лучше, пока еще непонятно. Более того, в мире до сих пор не определено, какая платформа станет базовой. По этой причине было принято решение поддержать в России несколько перспективных технологий квантовых вычислителей, работающих на сверхпроводящих цепочках, ионах, нейтральных атомах и фотонах.

Эти четыре платформы на сегодня считаются самыми перспективными направлениями. По этой причине мы будем и дальше отслеживать, какая из них окажется наиболее эффективной и стабильной через 5–10 лет. На данный момент явной определенности нет, как нет и единого мнения на эти вопросы.

— Ведутся ли работы по программному обеспечению?

— Кроме групп, работающих с аппаратными платформами, есть разработчики, которые занимаются алгоритмами. Кроме самого софта, требуется построить облачную инфраструктуру. Это необходимо для того, чтобы бизнес, которому нужно решать конкретные задачи, а не разбираться в тонкостях устройства и работы квантовых компьютеров, получил дружелюбный интерфейс. Это позволит сформулировать свою задачу и получить готовое решение. Финансистов не интересует, что находится внутри компьютера. Им требуется конкретный результат, а это тоже работа.

Как работают квантовые коммуникации и почему мы не в мировых лидерах

— Какие сложности есть как в России, так и в мире, связанные с квантовыми технологиями?

— Это достаточно молодая отрасль науки, и еще предстоит решить много задач технологического характера, чтобы выйти на мировой уровень. Когда мы говорим про квантовый компьютер, то все понимают, что эта технология обеспечит скачкообразный рост в скорости вычислительных процессов. Но почему же тогда квантовые вычисления всё еще не перевернули мир? В современном компьютере установлены миллиарды вычислительных регистров. В квантовом процессоре счет идет пока на десятки — максимальное число созданных кубитов в одной системе не превышает 50. Чтобы перевернуть устоявшийся порядок вычислений, для начала нужно иметь хотя бы несколько тысяч кубитов.

— Насколько это возможно в техническом плане?

— Это задача решаемая, но сложная инженерно. Люди над ней работают вполне успешно, продвигаясь к цели. Предстоит еще преодолеть не одну технологическую сложность, чтобы получить стабильный процессор из качественных нескольких тысяч кубит.

Одной из задач являются квантовые коммуникации. Они применяются пока в ограниченном масштабе по вполне веским причинам. Во-первых, примерно каждые 100 км необходимо ставить доверенный узел, потому что квантовые коммуникации не позволяют использовать усилитель сигнала. Способов считывания квантовой информации при передаче не существует — в этом и является преимущество таких коммуникаций. Никто не может ее считать. Для передачи на дальние расстояния каждые 100 км данные необходимо расшифровать, заново зашифровать и передать дальше. Если в оптоволоконных линиях через определенные промежутки ставится усилитель, то в данном случае требуются более сложные и дорогостоящие системы. Во-вторых, скорость передачи в квантовом коммуникаторе пока намного ниже, чем в классических компьютерах. Ее может быть достаточно для задач переключения ключей, но когда речь идет про абсолютно полную защиту информации, то такой скорости не достаточно. В-третьих, цена квантовых систем сейчас значительно выше классических компьютеров, и пока не будет решен вопрос большей производительности, ожидать глобального доминирования от новой технологии не стоит.

Все эти задачи решаемы, но занимают время и требуют ресурсной базы. По этим причинам процесс развивается постепенно, но уже сегодня на рынке можно встретить устройства, использующие новые принципы вычислений. Именно техническая реализация является сдерживающей силой, не позволяющей совершить революционный скачок. Тем не менее, мы уже видим первые реальные шаги в квантовой кибернетике.

— Если сравнивать развитие квантовых технологий в России и в мире, то мы опережаем другие страны или сильно отстаем?

— Если говорить про квантовый компьютер, то отстаем от западных разработок примерно на 10 лет. У нас есть понимание, как наверстать упущенное, и мы в этом направлении предпринимаем конкретные действия, но этот путь надо еще пройти. Несмотря на хорошую научную базу, чтобы решить задачу, действовать надо активнее. Учитывая, что в мире вкладывают миллиарды в квантовые разработки и никто не думает останавливаться, от нас требуется не просто изучать тему — надо бежать. Есть понимание важности квантовых технологий в ближайшем будущем. Разработаны специальные программы дорожных карт с целевым финансированием, направленные на сокращение отставания в разработке и создании квантовых компьютеров.

— Как обстоят дела в создании квантовых коммуникаций?

— Если говорить про коммуникации, то здесь мы плотно включились в гонку и уже демонстрируем серьезный успех. Исследования в этом направлении были начаты примерно лет пять назад. За это время в России проделали большую работу: те установки, что вы видели, уже демонстрируют впечатляющие результаты на мировом уровне. По каким-то параметрам не дотягиваем до международных коллег, но есть и области, где наши усилия дали лучший результат, и это уже вполне достойные вещи.

Правда, пока мы не на первых позициях, но уже следующая наша задача на ближайшие пять лет — выйти в лидеры. То есть мы должны найти лучшие решения. Пусть не во всех сегментах квантовых коммуникаций, но продуктом нашей работы должны стать уникальные образцы, которых нет в мире, то есть вот здесь уже заложена мощная основа на опережающее развитие.

Почему квантовые технологии — это государственная безопасность

— Есть сложности, связанные с выходом российской продукции на мировой квантовый рынок?

— В целом — конечно. Если мы говорим про квантовые коммуникации, то здесь сложности вызваны вполне объективными причинами. Все-таки это работа с секретной информацией, поэтому данная деятельность находится под государственным контролем. К нам в Россию не могут прийти извне и начать предлагать свои решения в области безопасности. Со своей стороны, и мы не в состоянии предложить той же Америке наши устройства, даже если они лучше. Здесь есть еще серьезная политическая составляющая. Тем не менее, у нас стоит в планах выход на международные рынки стран-союзников, которым мы поставляем вооружение. Квантовые технологии являются стратегическим решением и относятся к числу тех, которые обеспечивают безопасность страны.

— В квантовые технологии вкладываются огромные средства во всем мире, на что именно идут эти деньги и чего ожидают инвесторы?

— На самом деле это не огромные деньги. Если сравнить с другими активно развивающимися областями, например, 5G или ИИ, то там инвестиций гораздо больше. Мы говорим о цифрах порядка десятка миллиардов долларов. Во всяком случае, такие суммы инвестирования были озвучены. Это большие, но далеко не запредельные деньги. К тому же, инвестиции распределяются по разным направлениям развития технологии: вычисления, коммуникации, квантовые сенсоры. Это объективная картина не только для нас — так идет процесс во всем мире.

Квантовые вычисления во всем мире считаются самыми перспективными разработками. В США действует программа государственной поддержки исследовательских институтов и частных компаний. National Quantum Initiative (NQI) обеспечивает финансирование исследований в этой области на сумму, превышающую $1,2 млрд. В Евросоюзе три года назад стартовала программа Quantum Flagship. На финансирование 20 проектов в области квантовых вычислений выделен 1 млрд евро. В 2020 году планируется открытие исследовательского центра в Китае — на его строительство уже потрачено порядка $1 млрд.

— Кто станет основным покупателем квантовых компьютеров?

— В конечном счете они придут на смену существующей технологии, и те, кто будет в числе первых владельцев, получат преимущество. Уже сейчас есть задачи, которые ожидают решений на квантовом компьютере. Они связаны с оптимизационными процессами. Самым ярким примером может служить совместная разработка Google и Volkswagen. Они пытаются регулировать автомобильный трафик для его оптимизации. Задач такого характера очень много, и они будут решены в числе первых. Уже сейчас предпринимаются попытки и даже есть кое-какие результаты. Они, правда, находятся на уровне обычных компьютерных вычислений, но нарабатывается база. Когда мощности квантового компьютера возрастут (число кубитов квантового процессора достигнет хотя бы пары тысяч), приложенные усилия будут оправданы экономической выгодой.

Квантовый компьютер не менее ожидаем в области моделирования новых материалов. Результаты работы в этом направлении могут стать эволюционным прорывом в строительной, военно-промышленной и космической отраслях. Вся химическая индустрия (в том числе и нефтехимия) тесно связана с катализаторами процессов. И до сих пор нет методик по разработке новых веществ. Многие химические реакции протекают на основе законов природы, которые до сих пор гораздо эффективней наших технологий.

Кто ведет разработки и почему важна международная экспертиза

— За последние годы зафиксирован рекордный отток ученых-изобретателей за рубеж. Сталкивается ли с такой трудностью РКЦ?

— Это хороший вопрос. В каком-то аспекте нам удается бороться с этой проблемой. Нами создаются условия для молодых специалистов — они могут реализовать свои устремления, решать амбициозные задачи, которые перед собой ставят, и достигать успеха на мировом уровне. Это ключевое условия для удержания ученых. Вдобавок Москва за последние годы сильно изменилась в плане инфраструктуры, комфортабельности жизни, а это тоже помогает. Не явно, но этот фактор нельзя недооценивать.

Важно, что у нас есть современные лаборатории мирового уровня, в которых работает серьезный профессорский состав, демонстрирующий результативность. Приходящие в такой коллектив перспективные студенты могут себя реализовать, и для этого им совсем не обязательно уезжать за границу. К тому же с нашей стороны для подрастающего поколения ученых организуются стажировки в MID, Гарварде или других международных институтах. И они возвращаются с необходимым багажом знаний работать на родине. Кроме своих кадров, в отдельных проектах мы привлекаем специалистов из-за границы.

— Какие условия вы предлагаете для того, чтобы они приехали в Россию?

— Каждый раз это индивидуальный подход. Как ученых их интересует самореализация. Для этого нужно иметь не только современную лабораторию, но и возможность нанять себе талантливых ребят. В России одна из лучших школ в области физики. У нас действительно очень сильные ребята выходят, и для многих есть возможность найти перспективного студента для реализации проекта.

— Что дает международная команда в развитии технологий — и в частности квантовых технологий?

— Мы привлекаем экспертизу и кадры из-за границы. Это хорошо в любом случае, так как если обособляться и считать, что мы показываем какой-то уровень роста, то постепенно такой подход приведет к деградации. При интеграции с международным сообществом так или иначе входишь в конкуренцию со всеми мировыми лидерами в квантовых разработках. Идет процесс обсуждения идей, появляются новые. При этом важно то, что приходит адекватное понимание своего уровня относительно мирового развития темы. Это неизбежно приводит к росту мотивации и результативности работы.

Как российским квантовым технологиям выйти в мировые лидеры

— Чего ждать от квантовых технологий в ближайшее 5–10 лет и какие планы у РКЦ?

— Мы планируем совместно с WhatsApp серьезно заняться разработкой в области квантовых вычислений в России. Нам бы хотелось создать консорциум и объединить все силы для того, чтобы сократить отставание до 2-3 лет. Не исключено, что в определенной области мы выйдем на мировой уровень. Для этого имеются необходимые возможности. Правда, в вопросе производственных процессов по изготовлению чипов имеются серьезные сдерживающие факторы. Мы скорее можем рассчитывать на наши талантливые умы и сделать прорыв в теории или в алгоритмах. И именно в этом направлении приложим существенные усилия. Будут активизированы и дальнейшие работы в области квантовых коммуникаций. В наших целях стоит в ближайшие пять лет не просто выйти на мировой уровень, а представить готовые продукты, которые будут лучшими в мире. Это амбициозная задача, и есть все основания считать, что мы ее выполним.

Самая большая неопределенность имеется в области разработок квантовых сенсоров — они всё еще идут в нескольких направлениях. При этом исследователи разных квантовых сенсоров между собой совершенно не взаимодействуют, так как работают в незнакомых областях. В этом секторе у нас уже есть точечные перспективные решения, и мы планируем серийный выпуск устройств. Я вам ранее уже рассказывал про ДЕФАН, но это не единственный пример успеха.

Вот с такими готовыми продуктами мы планируем выходить на мировой уровень. Квантовые сенсоры имеют широкую область технических решений, и вряд ли у нас получится охватить все направления. Но точечные усилия будут эффективны. Одной из составляющих успешного результата станет не только внутренняя востребованность продукта, но и продажи на мировых рынках.

Источник: hightech.fm

Комментарии: