رسلان يونسوف— المدير العام لمركز الكم الروسي. تخرج بمرتبة الشرف في الفيزياء
RCCهي منظمة بحثية ذلكتجري أبحاثًا أساسية وتطبيقية في مجال فيزياء الكم، وتشارك في إنشاء وتسويق تقنيات وأجهزة جديدة تعتمد على استخدام التأثيرات الكمومية. ويعمل المتخصصون على تطوير أجهزة استشعار فائقة الحساسية، وتجاويف بصرية دقيقة، وعناصر من أجهزة الكمبيوتر الكمومية (qubits)، بالإضافة إلى أنظمة التشفير الكمي وغيرها. وفي عام 2016، كان المركز الأول في روسيا الذي أطلق اتصالات آمنة تماما على الخطوط التجارية؛ وفي مايو 2017، أطلق أول شبكة كمومية متعددة العقد في البلاد وأول سلسلة كتل كمومية في العالم.
المعالج الكم والتطورات الروسية والمكدس
- ما الذي تتضمنه خارطة الطريق لتطوير التقنيات الكمومية؟
- تتضمن خارطة الطريق ثلاثة محاور رئيسيةالتقنيات الفرعية: الحوسبة الكمومية، أي الحاسوب الكمي، والاتصالات الكمومية، وأجهزة الاستشعار الكمومية. إذا تحدثنا من وجهة نظر النضج، فإن الاتصالات الكمومية اليوم هي الأكثر تنافسية مقارنة بالحلول الموجودة في العالم. وعلى مدى السنوات الثلاث الماضية، تمكنا من تقليص الفجوة بيننا وبين القادة بشكل كبير، ونحن الآن نلحق بهم. الهدف بحلول عام 2024 هو تقديم حل عالمي المستوى ودخول الأسواق العالمية وبيع الجهاز هناك. هدفنا الذي نتحدث عنه هو 8% من السوق العالمية.
- RCC تطور جميع المجالات الثلاثة التي ذكرتها؟
- جزئيا.لدينا فريقنا الخاص للاتصالات الكمومية، ولكن هناك مجموعتان بحثيتان أخريان في روسيا. وفي الحوسبة الكمومية، نقوم بتطوير بعض أجزاء هذا المجال الكبير، ولكن ليس كله. إذا تحدثنا عن الحوسبة الكمومية، فإن الكثير من الناس لا يفهمون صياغة المشكلة بشكل صحيح تمامًا. لحل مشكلة ما على الحاسوب الكمي، لا يكفي أن يكون لديك معالج كمي فقط. يجب أن تكون قادرًا على إدارتها، ومن ثم يجب أن يكون لديك نظام تشغيل وخوارزميات لحل المكدس بأكمله.
- ما هي المهام الآن ، إذا تحدثنا عن جهاز كمبيوتر - لزيادة وقت حياة الكويبت؟ إذا نظرنا في مثال كمبيوتر IBM.
- انظر، ما تقوله الآن هوسؤال المستوى الأول، الأجهزة. كيفية بناء المعالج نفسه ليعمل بشكل صحيح. وهناك العديد من القواعد التكنولوجية المختلفة التي يمكن البناء عليها - الموصلية الفائقة، أو الذرات الباردة والأيونات الباردة. ومن غير الواضح أي منهم سيفوز بعد خمس سنوات.
- هل سيصل كل ذلك إلى حل واحد ، ألا تكون جميع التقنيات متاحة في السوق في نفس الوقت؟
- على الأرجح، عاجلا أم آجلا سوف يأتي إلى شيء ماوحيد. لماذا؟ على سبيل المثال، جميع المعالجات الكلاسيكية مبنية على نفس التكنولوجيا. على الرغم من أنه من الناحية النظرية كان من الممكن صنع أشياء مختلفة. وهناك عدة أسباب لذلك - الاستثمار والكفاءة وما إلى ذلك. ليس من الواضح الآن ما هي التكنولوجيا التي ستفوز. هناك مشكلات تكنولوجية تتعلق بالبتات الكمومية فائقة التوصيل، مثل مدى الحياة، لكن هذه ليست المشكلة الوحيدة. دقة التسجيل والقراءة مهمة جدًا أيضًا. وبعد ذلك - كيفية بناء نظام كبير وقابل للتطوير بدرجة كافية. هذا هو السؤال الرئيسي. هناك العديد من المعلمات التي تحتاج إلى معالجة. لنتخيل أنك قمت ببناء معالج جيد. لن يعمل جهاز الكمبيوتر الخاص بك على معالج واحد. نحتاج أيضًا إلى خوارزميات تصحيح الأخطاء، وأكواد التصحيح، ونحتاج إلى خوارزميات لحل المشكلات، ونظام التشغيل نفسه، ولغة برمجة، وواجهة للصناعة حتى تتمكن من تنزيل المشكلة 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؟
- أحد الأمثلة على أجهزة الاستشعار الكمومية -يستخدم الكمبيوتر الكمومي فائق التوصيل مثل هذه السلسلة في حالة فائقة التوصيل مثل الكيوبتات. ومشكلة العمر هي أن أي اضطرابات خارجية تدمر هذه الحالة. وإذا تم استخدام نفس التصميم ككاشف للمجالات الخارجية التي تدمره، فيمكن قياس المجالات المغناطيسية بدقة كبيرة. يتم إجراء القياسات الأكثر دقة للمجالات المغناطيسية باستخدام تقنية الكيوبت نفسها، ولكن بشكل مختلف فقط. يمكنك استخدام الذرات الفردية - على سبيل المثال، ذرات النيتروجين الموضوعة في بلورة الماس. وهي تقع معزولة جدًا بحيث يمكن استخدامها لقياس نفس المجالات المغناطيسية أو درجة الحرارة أو الجاذبية. وهذا يحدث بالفعل في المختبرات، ولكن من الضروري الانتقال إلى المنتجات الصناعية. ستكون هذه أجهزة استشعار صغيرة جدًا 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 التقليدية، لم تكن هناك حاجة إليها في جميع الصناعات. قبل 50 عامًا، لم يكن الجميع بحاجة إلى جهاز كمبيوتر، وكان الناس يقولون، نعم، لا أحتاج إلى جهاز كمبيوتر. واليوم لا توجد صناعة واحدة من هذا القبيل ...
- 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 هنا: ليس من الواضح مقدار المبلغ المطلوبحان الوقت لحل المشكلات التكنولوجية المتعلقة بتوسيع نطاق الكمبيوتر الكمي. ربما ثلاث سنوات، وربما أكثر. في بعض الأحيان تصل إلى مرحلة التنفيذ وترى مشكلة فنية سيستغرق حلها عدة سنوات. في بعض الأحيان تتحرك بشكل طبيعي. حتى الآن يبدو أن هناك حركة، لكنها ليست واضحة. ولذلك، فمن المتوقع، على مدى خمس سنوات، أن يتم اقتراح 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 التي تحمي البيانات المرسلةالبيانات باستخدام القوانين الأساسية لميكانيكا الكم. إنها تطبيق عملي لما يسمى بالتشفير الكمي. إنها تشكل عنصرًا مهمًا في أنظمة الحوسبة الكمومية والتشفير. يسمح بنقل المعلومات بين الأنظمة الكمومية المنفصلة ماديًا. في الحوسبة الموزعة، يمكن لعقد الشبكة في الشبكة معالجة المعلومات من خلال العمل كبوابات كمومية. يمكن تحقيق النقل الآمن للبيانات باستخدام خوارزميات التوزيع الرئيسية.
بعد تشفير الكم- الجزء المتبقي من التشفيرذات صلة بظهور أجهزة الكمبيوتر الكمومية والهجمات. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أسرع بكثير من بنيات الكمبيوتر الكلاسيكية في سرعة الحوسبة لخوارزميات التشفير التقليدية، فمن المحتمل أن تصبح أنظمة التشفير الحديثة عرضة للهجمات. تعتمد معظم أنظمة التشفير التقليدية على مسائل تحليل الأعداد الصحيحة أو مسائل اللوغاريتمات المنفصلة، والتي يمكن حلها بسهولة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية الكبيرة بما يكفي باستخدام خوارزمية شور.
- 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.