رسلان يونسوف ، RCC - على خوارزميات ما بعد الكم ، وتوقيت ظهور أجهزة الكمبيوتر الكم والتطورات الروسية

رسلان يونسوف - المدير العام لمركز الكم الروسي. تخرج مع مرتبة الشرف المادية

كلية جامعة موسكو الحكومية. واصل مسيرته العلمية في كلية الدراسات العليا في معهد الكيمياء البيولوجية الذي يحمل اسم N. M. Emanuel من الأكاديمية الروسية للعلوم ، حيث دافع عن أطروحته. عمل كرائد في مجال مجمع الوقود والطاقة ، وكذلك في شركات الاستثمار والابتكار.

RCC - منظمة البحوث التي تجريالبحوث الأساسية والتطبيقية في مجال فيزياء الكم ، تشارك في إنشاء وتسويق التكنولوجيات والأجهزة الجديدة على أساس استخدام الآثار الكمومية. يقوم المتخصصون بتطوير أجهزة استشعار فائقة الحساسية ، وأجهزة ميكروسيشونيتور بصرية ، وعناصر أجهزة الكمبيوتر الكمومية (qubits) ، وكذلك أنظمة تشفير الكم وغيرها. في عام 2016 ، كان المركز هو الأول في روسيا الذي أطلق اتصالًا آمنًا تمامًا في الخطوط التجارية ، في مايو 2017 - أول شبكة كم متعددة العقد في البلاد وأول سلسلة كتل في العالم.

المعالج الكم والتطورات الروسية والمكدس

- ما الذي تتضمنه خارطة الطريق لتطوير التقنيات الكمومية؟

- خارطة الطريق تشمل ثلاثة الرئيسيةالتقنيات الفرعية: الحوسبة الكمومية ، أي الكمبيوتر الكمومي والاتصالات الكمومية وأجهزة الاستشعار الكمومية. إذا تحدثنا من حيث النضج ، فإن الاتصالات الكمومية اليوم هي الأكثر تنافسية في بلدنا مقارنة بالحلول في العالم. خلال السنوات الثلاث الماضية ، تمكنا من تقليص الفجوة بين القادة بشكل كبير ، ونحن الآن نلحق بهم. المهمة بحلول عام 2024 هي صنع حل عالمي ودخول الأسواق العالمية ، وبيع جهاز هناك. هدفنا ، الذي نتحدث عنه ، هو 8 ٪ من السوق العالمية.

- RCC تطور جميع المجالات الثلاثة التي ذكرتها؟

- جزئيا. يوجد لدينا فريقنا الخاص في مجال الاتصالات الكمومية ، لكن يوجد في روسيا مجموعتان بحثيتان أخريان. في الحوسبة الكمومية ، نقوم بتطوير بعض أجزاء هذا الحقل الكبير ، ولكن ليس جميعها. إذا تحدثنا عن الحوسبة الكمومية ، فإن الكثير من الناس لا يفهمون صياغة المشكلة. لحل مشكلة على جهاز كمبيوتر الكم ، لا يكفي أن يكون لديك مجرد معالج كمومي. يجب أن تكون قادرًا على إدارته ، ثم تحتاج إلى أن يكون لديك نظام تشغيل مشروط ، خوارزميات - لحل الحزمة بالكامل.

- ما هي المهام الآن ، إذا تحدثنا عن جهاز كمبيوتر - لزيادة وقت حياة الكويبت؟ إذا نظرنا في مثال كمبيوتر IBM.

- انظر ، ما تقوله الآن هوالسؤال المستوى الأول ، الأجهزة. كيفية بناء المعالج نفسه بحيث يعمل بشكل طبيعي. وهناك العديد من القواعد التكنولوجية المختلفة التي يمكن أن نبني عليها - الموصلية الفائقة أو الذرات الباردة والأيونات الباردة. ليس من الواضح أي منهم سيفوز في غضون خمس سنوات.

- هل سيصل كل ذلك إلى حل واحد ، ألا تكون جميع التقنيات متاحة في السوق في نفس الوقت؟

- على الأرجح ، عاجلاً أم آجلاً ، سوف يأتي إلى شيءواحدة. لماذا؟ على سبيل المثال ، المعالجات الكلاسيكية - جميعها مبنية على نفس التكنولوجيا. على الرغم من أنه من الناحية النظرية يمكن أن يكون مختلفا. وهناك عدة أسباب لذلك - الاستثمار والكفاءة وما إلى ذلك. الآن ليس من الواضح ما هي التكنولوجيا التي ستفوز. توجد مشكلات تكنولوجية تتعلق بالبتات فائقة التوصيل ، على سبيل المثال ، العمر ، لكن هذا ليس هو السؤال الوحيد. دقة الكتابة والقراءة هي أيضا مهمة جدا. وبعد ذلك - كيفية بناء نظام كبير بما فيه الكفاية قابلة للتطوير. هذا هو السؤال الرئيسي. هناك العديد من المعلمات التي تحتاج إلى معالجة. تخيل أنك قد بنيت معالج جيد. لن يعمل جهاز الكمبيوتر الخاص بك على معالج واحد. نحتاج أيضًا إلى خوارزميات تصحيح الأخطاء ، رموز التصحيح ، خوارزميات حل المشكلات ، نظام التشغيل نفسه ، لغة برمجة ، واجهة للصناعة ، بحيث يمكنك تنزيل المهمة والحصول على حل.

- يمكن أن يبنى في وقت واحد مع المعالج؟

- بالطبع ، يتم ذلك. على سبيل المثال ، يكتب الأشخاص لغات البرمجة لجهاز كمبيوتر مجردة الكم. أو الخوارزميات الكمومية لأرقام العوملة ، شيء آخر - يتم إعدادها عمومًا لجهاز كمبيوتر الكم التجريدي ، ما يسمى العالمي. عندما يكتب الأشخاص برامج ، برامج عالية المستوى ، لا يفكرون في المعالج الذي سيتم تنفيذه ، إنهم يكتبون على المستوى المنطقي. وبالمثل ، تم تطوير الخوارزميات على مستوى المنطق.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية سوف تأتي حتى في الزراعة

- هل يمكن أن تخبرنا عن أجهزة الاستشعار الكمومية؟

- مثال على جهاز استشعار الكم -حاسوب كموميون فائق التوصيل يستخدم كسلسلة كهربية في مثل هذه الحالة في حالة التوصيل الفائق. ومشكلة وقت الحياة هي أن أي اضطرابات خارجية تدمر هذه الحالة. إذا تم استخدام نفس البناء للكشف عن الحقول الخارجية التي تدمره ، فيمكن قياس الحقول المغناطيسية بدقة شديدة. يتم إجراء القياسات الأكثر دقة للمجالات المغناطيسية فقط بمساعدة تقنية qubit نفسها ، فقط في تجسيد مختلف. يمكن استخدام ذرات منفصلة - على سبيل المثال ، ذرات النيتروجين الموضوعة في بلورة الماس. فهي معزولة لدرجة أنها يمكن أن تقيس نفس المجالات المغناطيسية ، أو درجة الحرارة ، أو الجاذبية. في المختبرات ، يحدث هذا بالفعل ، لكن من الضروري الانتقال إلى المنتجات الصناعية. وستكون هذه أجهزة استشعار صغيرة للغاية وموفرة للطاقة وحساسة.

- في نهاية الإحاطة ، قلت إن الكمالتكنولوجيا سوف تأتي في جميع الفروع. ولماذا هم في جميع الصناعات؟ لقد رسمت القياس على أجهزة الكمبيوتر العادية ، ولكن في العديد من الصناعات ، تقوم أجهزة الكمبيوتر العادية بحل جميع المشكلات.

- نعم ، ولكن عندما ظهرت أجهزة الكمبيوتر العادية ، لم تكن هناك حاجة إليها في جميع الصناعات. منذ 50 عامًا ، لم يكن الجميع بحاجة إلى أجهزة كمبيوتر ، فقال الناس: نعم ، لست بحاجة إليها. واليوم لا يوجد مثل هذه الصناعة ...

- هل تعتقد أن نفس الشيء سيحدث مع الكم؟

- عندما لا تزال لديك السلطة ، والرأسالتحديات الجديدة تأتي. هنا أيضًا ، على سبيل المثال ، الذكاء الاصطناعي - عند الضرورة ، في كل مكان أم لا؟ نعم ، في كل مكان تقريبا. مثلما أصبح الوصول إليها أكثر سهولة وبساطة وقابلية للتكامل ويحل فئة أكبر من المشكلات ، سيتم استخدامه في كل مكان. يشبه الكمبيوتر الكمومي التكنولوجيا الأساسية التي توفر حلاً لمختلف المشكلات. مع تطور هذه التكنولوجيا ، سوف تأتي إلى الزراعة والقطاع الصناعي والقطاع المصرفي.

- قلت عن عام 2024. ولكن إذا كنا نتحدث عن القدرة على تحمل تكلفة التكنولوجيات بالنسبة للأعمال التجارية ، حتى الكبيرة منها ، فما هي المصطلحات التي يمكن أن نتحدث عنها عندما يمكن للشركات توفير مثل هذه التقنيات؟

- هناك مشكلة واحدة - ليس من الواضح كم هو مطلوبالوقت لحل المشاكل التكنولوجية لتوسيع نطاق الكمبيوتر الكم. ربما ثلاث سنوات ، ربما أكثر. يحدث ذلك في بعض الأحيان ، تصل إلى مرحلة التنفيذ ، وترى مشكلة فنية ، سيستغرق حلها عدة سنوات. يحدث أن تتحرك بشكل طبيعي. في حين يبدو أن الحركة تسير ، لكنها ليست واضحة. لذلك ، في الأفق من خمس سنوات ، من المتوقع أن يتم تقديم حلول فعالة من حيث التكلفة.

حول الوصول - لن يحتاج الجميع إلى الشراءكمبيوتر الكم لمحاولة قدرات الحوسبة الكمومية. بالفعل ، من أجل اختبار التكنولوجيا ، تتيح IBM الوصول السحابي إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بها. وهنا نقترح ، في إطار خريطة الطريق ، التحرك نحو إنشاء منصة سحابية. بحيث يمكن للجميع اختبار التكنولوجيا المتقدمة دون شراء جهاز كمبيوتر

- إذن سيكون الكمبيوتر مُصممًا ، على سبيل المثال ، في مركز RCC ، ما المنظمات الأخرى التي يمكنها الوصول إليها؟

- ليس بالضرورة في RCC ، يمكن أن يكون في أي مكانبناها والفكرة الرئيسية هي أن هذا النظام الأساسي سيكون له حق الوصول إلى أجهزة كمبيوتر مختلفة. لأنه يوجد الآن أجهزة كمبيوتر كمومية عالمية وأجهزة محاكاة ، وهناك خوارزميات كلاسيكية مستوحاة من الكم ، وهناك فقط أجهزة كمبيوتر كلاسيكية. واعتمادًا على طبيعة المهمة وتعقيدها ، يتم إرسالها بحثًا عن أخطاء إلى النظام المقابل. كما هو الحال الآن ، لدينا معالج ومعالج مشترك بداخله ، وهناك أيضًا معالج رسومات. وحول المهمة ، يحدد النظام مكان إرسالها لحلها. لذلك فمن هنا: اعتمادًا على المهمة ، يجب أن تفهم المنصة حيث من الأفضل محاولة حلها. وليس للعمل مع جهاز كمبيوتر واحد ، ولكن مع العديد ، وكذلك مع أجهزة المحاكاة.

"عندما يظهر جهاز كمبيوتر الكم ، فإنه يمكن كسر جميع أنظمة التشفير." هل نحن مستعدون لهذه اللحظة؟

- الاتصالات الكمومية تحمي من هذا. في روسيا ، تم تطوير الحلول المناسبة ، على وجه الخصوص ، من خلال فرعنا Qrate ، ما يسمى منشآت توزيع المفاتيح الكمومية. إذا ظهرت هذه المشكلة غدًا ، فلن يتم حلها في يوم واحد ، لأن الأمر يتطلب وقتًا للبنية التحتية. بالإضافة إلى ذلك ، لا تزال هناك أنواع جديدة من الخوارزميات - ما يسمى خوارزميات ما بعد الكم - لم يتم تنفيذها بعد. نحن نبذل جهودًا لتلبية مظهر أجهزة الكمبيوتر الكمومية المسلحة بالكامل.

الاتصالات الكمومية - شبكات الاتصالات حماية المنقولةالبيانات باستخدام القوانين الأساسية للميكانيكا الكم. إنها تطبيق عملي لما يسمى تشفير الكم. أنها تشكل عنصرا هاما في نظم الحوسبة والتشفير الكم. اسمح بنقل المعلومات بين الأنظمة الكمية المنفصلة ماديًا. في الحوسبة الموزعة ، يمكن لعقد الشبكة في الشبكة معالجة المعلومات عن طريق أداء وظيفة البوابات الكمومية. يمكن تنفيذ النقل الآمن للبيانات باستخدام خوارزميات التوزيع الرئيسية.

بعد تشفير الكم - جزء من التشفير الذي لا يزال مناسبامع ظهور أجهزة الكمبيوتر الكم والهجمات. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تفوق بكثير بنيات الكمبيوتر الكلاسيكية في حساب خوارزميات التشفير التقليدية ، فمن المحتمل أن تكون أنظمة التشفير الحديثة عرضة للهجوم. تعتمد معظم أنظمة التشفير التقليدية على مشكلة تحليل الأعداد الصحيحة أو مشكلات اللوغاريتم المنفصلة ، والتي سيتم حلها بسهولة على أجهزة الكمبيوتر الكم كبيرة بما فيه الكفاية باستخدام خوارزمية Shor.

- أنت تقول إن التقنيات الكمومية ستبدأ في العمل في غضون خمس سنوات؟

- ستظهر أجهزة الكمبيوتر في أفق خمس سنوات ،الذين سوف تبدأ في حل المشاكل الأولى فعالة من حيث التكلفة. هذه هي مهمة التوصيف - واحدة من أصعب ، لن يتم حلها في المرحلة الأولى. لذلك ، على سبيل المثال ، هناك حاجة إلى طاقة أكبر من نمذجة بعض المواد الأولى. متطلبات مشكلات التحسين ، ربما أقل من متطلبات التوصيف. وهذا هو ، هناك الآن عدة عشرات من خوارزميات الكم التي تحل مشاكل مختلفة. خوارزمية شور ، التي تقوم بالعوامل التي ستخترق ، تتطلب الكثير.