Ruslan Yunusov— Generální ředitel Ruského kvantového centra. Vystudoval fyziku s vyznamenáním
RCCje výzkumná organizace, kteráprovádí základní i aplikovaný výzkum v oblasti kvantové fyziky, zabývá se tvorbou a komercializací nových technologií a zařízení založených na využití kvantových efektů. Specialisté vyvíjejí ultracitlivé senzory, optické mikrodutiny, prvky kvantových počítačů (qubity), ale i systémy kvantové kryptografie a další. V roce 2016 spustilo Centrum jako první v Rusku absolutně bezpečnou komunikaci na komerčních linkách a v květnu 2017 spustilo první víceuzlovou kvantovou síť v zemi a první kvantový blockchain na světě.
Kvantový procesor, ruský vývoj a stack
- Co zahrnuje plán pro rozvoj kvantových technologií?
— Plán obsahuje tři hlavnídílčí technologie: kvantové výpočty, tj. kvantový počítač, kvantová komunikace a kvantové senzory. Z hlediska vyspělosti jsou dnes kvantové komunikace nejkonkurenceschopnější ve srovnání s řešeními na světě. Za poslední tři roky se nám podařilo výrazně snížit odstup od lídrů a nyní je doháníme. Cílem do roku 2024 je vytvořit řešení světové třídy a vstoupit na světové trhy a prodat tam zařízení. Náš cíl, o kterém mluvíme, je 8 % celosvětového trhu.
- RCC rozvíjí všechny tři oblasti, které jste zmínil?
- Částečně.Máme vlastní tým pro kvantovou komunikaci, ale v Rusku jsou další dvě výzkumné skupiny. V kvantovém počítání vyvíjíme některé části tohoto velkého oboru, ale ne všechny. Pokud mluvíme o kvantovém počítání, mnoho lidí zcela správně nerozumí formulaci problému. K vyřešení problému na kvantovém počítači nestačí mít pouze kvantový procesor. Musíte to umět spravovat, a pak musíte mít operační systém, algoritmy - pro vyřešení celého zásobníku.
- Jaké jsou teď úkoly, když mluvíme o počítači - abychom prodloužili životnost qubitu? Pokud vezmeme v úvahu příklad počítače IBM.
- Podívejte, to, co teď říkáte, jeotázka první úrovně, hardware. Jak postavit samotný procesor, aby správně fungoval. A existuje několik různých technologických základů, na kterých může být postaven – supravodivost neboli studené atomy a studené ionty. Kdo z nich vyhraje za pět let, není jasné.
- Všechno to přijde k jednomu řešení, ne všechny technologie budou na trhu současně?
- S největší pravděpodobností k něčemu dříve nebo později dojdesama. Proč? Například klasické procesory jsou všechny postaveny na stejné technologii. I když teoreticky bylo možné vyrobit různé. A důvodů je několik – investice, efektivita a tak dále. Jen teď není jasné, která technologie vyhraje. Se supravodivými qubity existují technologické problémy, jako je životnost, ale to není jediný problém. Velmi důležitá je také přesnost záznamu a čtení. A pak – jak vybudovat dostatečně velký škálovatelný systém. To je hlavní otázka. Je mnoho parametrů, které je třeba řešit. Představme si, že jste postavili dobrý procesor. Váš počítač nebude fungovat na jednom procesoru. Potřebujeme také algoritmy pro opravu chyb, opravné kódy, potřebujeme algoritmy pro řešení problémů, samotný operační systém, programovací jazyk, rozhraní pro průmysl, abyste si mohli stáhnout problém a získat řešení.
- Může být postaven současně s procesorem?
- Samozřejmě, je to hotovo. Například, lidé píší programovací jazyky pro abstraktní kvantový počítač. Nebo kvantové algoritmy pro factoringová čísla, něco jiného - jsou obecně vytvořeny pro abstraktní kvantový počítač, tzv. Univerzální. Když lidé píší software, programy na vysoké úrovni, nemyslí si, na kterém procesoru to bude hotové, píšou na logické úrovni. Podobně jsou algoritmy vyvíjeny na logické úrovni.
Kvantové počítače přijdou i v zemědělství
- Můžete nám říct něco o kvantových senzorech?
— Jeden příklad kvantového senzoru —supravodivý kvantový počítač Využívá takový řetězec v supravodivém stavu jako qubity. A problém životnosti je v tom, že jakékoli vnější poruchy tento stav ničí. Pokud je stejný design použit jako detektor vnějších polí, která jej ničí, pak lze magnetická pole měřit velmi přesně. Nejpřesnější měření magnetických polí se provádějí pomocí stejné technologie qubit, pouze v jiné formě. Můžete použít jednotlivé atomy – například atomy dusíku umístěné v krystalu diamantu. Jsou umístěny tak izolované, že je lze použít k měření stejných magnetických polí, teploty nebo gravitace. To už se v laboratořích děje, ale je potřeba přejít k průmyslovým produktům. Budou to velmi malé, energeticky účinné a citlivé senzory.
- Na konci briefingu jste řekl, že kvantumtechnologie bude probíhat ve všech odvětvích. A proč jsou ve všech odvětvích? Nakreslili jste analogii s běžnými počítači, ale v mnoha odvětvích běžné počítače řeší všechny problémy.
-Ano, ale když se objevily konvenční počítače, nebyly potřeba ve všech odvětvích. Před 50 lety ne každý potřeboval počítač a lidé říkali, jo, já ho nepotřebuji. A dnes neexistuje jediné takové odvětví...
- Myslíte, že totéž se stane s kvantovým?
- Až budeš mít moc, hlavupřicházejí nové výzvy. Také zde, například, umělá inteligence - kde je to nutné, všude nebo ne? Ano, téměř všude. Stejně jako se stává přístupnějším, jednoduchším, integrovatelnějším a řeší širší okruh problémů, bude použit všude. Kvantový počítač je jako základní technologie, která poskytuje řešení různých problémů. Jak se tato technologie vyvíjí, přijde do zemědělství, průmyslového sektoru a bankovního sektoru.
- Řekl jste o roce 2024. Pokud však hovoříme o cenové dostupnosti technologií pro podniky, a to i velkých, pak o jakých termínech můžeme hovořit, když tyto technologie mohou společnosti poskytnout?
— Je zde jeden problém: není jasné, kolik je potřebačas na řešení technologických problémů škálování kvantového počítače. Možná tři roky, možná víc. Někdy se dostanete do fáze implementace a uvidíte technický problém, jehož vyřešení bude trvat několik let. Někdy se hýbeš normálně. Zatím se zdá, že dochází k pohybu, ale není to zřejmé. V horizontu pěti let se proto očekává, že budou navržena nákladově efektivní řešení.
O přístupu - ne každý bude muset koupitkvantový počítač, aby vyzkoušel kvantové výpočetní schopnosti. Pro testování technologie již IBM poskytuje cloudový přístup ke svému počítači. A zde navrhujeme, v rámci plánu, přejít k vytvoření cloudové platformy. Aby si každý mohl vyzkoušet průlomovou technologii bez zakoupení počítače
- Takže to bude počítač postavený například v RCC, k němuž mají přístup i jiné organizace?
- Ne nutně v RCC, může to být kdekolipostavený Hlavní myšlenkou je, že tato platforma bude mít přístup k různým počítačům. Protože nyní existují univerzální kvantové počítače, simulátory, existují kvantově inspirované klasické algoritmy, existují pouze klasické počítače. V závislosti na povaze a složitosti úkolu je odeslán na chyby do odpovídajícího systému. Stejně jako nyní máme procesor, co-procesor uvnitř, a tam je také grafický procesor. A co je úkolem, systém určuje, kam ho má poslat. Tak to je tady: v závislosti na úkolu, platforma by měla pochopit, kde je lepší pokusit se to vyřešit. A pracovat s jedním počítačem, ale s několika, a také se simulátory.
"Když se objeví kvantový počítač, může prasknout všechny šifrovací systémy." Jsme připraveni na tuto chvíli?
- Kvantová komunikace proti tomu chrání. V Rusku byla vyvinuta vhodná řešení, zejména naší dceřinou společností Qrate, takzvanými distribučními systémy kvantových klíčů. Pokud zítra tento problém vyvstane, nebude vyřešen za jeden den, protože infrastruktura trvá čas. Navíc stále existují nové typy algoritmů - tzv. Post-kvantové algoritmy - dosud nebyly implementovány. Usilujeme o to, abychom plně vyzbrojili kvantové počítače.
Kvantová komunikace- komunikační sítě, které chrání přenášená datadata využívající základní zákony kvantové mechaniky. Jsou praktickou implementací tzv. kvantové kryptografie. Tvoří důležitý prvek kvantových výpočetních a kryptografických systémů. Umožňuje transport informací mezi fyzicky oddělenými kvantovými systémy. V distribuovaných výpočtech mohou síťové uzly v síti zpracovávat informace tak, že fungují jako kvantové brány. Bezpečného přenosu dat lze dosáhnout pomocí algoritmů distribuce klíčů.
Post kvantová kryptografie- část kryptografie, která zůstávárelevantní s příchodem kvantových počítačů a útoků. Vzhledem k tomu, že kvantové počítače jsou výrazně rychlejší než klasické počítačové architektury ve výpočetní rychlosti tradičních kryptografických algoritmů, stávají se moderní kryptografické systémy potenciálně zranitelné vůči útokům. Většina tradičních kryptosystémů se spoléhá na problémy faktorizace celého čísla nebo problémy s diskrétním logaritmem, které by byly snadno řešitelné na dostatečně velkých kvantových počítačích pomocí Shorova algoritmu.
- Říkáte, že kvantové technologie začnou být zavedeny do podniku do pěti let?
- Počítače se objeví na horizontu pěti let,kteří začnou řešit první nákladově efektivní problémy. To je úkolem faktorizace - jednoho z nejobtížnějších, nebude vyřešen v první fázi. Pro to je například zapotřebí více energie než pro modelování některých prvních materiálů. Požadavky na optimalizační problémy, možná méně než na faktorizaci. To znamená, že nyní existuje několik desítek kvantových algoritmů, které řeší různé problémy. Shorův algoritmus, který dělá faktorizaci, která bude zaseknout, je poměrně náročný.