Ruslan Yunusov— Generaldirektør for det russiske kvantecenter. Uddannet med udmærkelse i fysik
RCCer en forskningsorganisation, derudfører grundlæggende og anvendt forskning inden for kvantefysik, er engageret i skabelse og kommercialisering af nye teknologier og enheder baseret på brugen af kvanteeffekter. Specialister udvikler ultrafølsomme sensorer, optiske mikrohulrum, elementer af kvantecomputere (qubits) samt kvantekryptografisystemer og andre. I 2016 var centret det første i Rusland til at lancere absolut sikker kommunikation på kommercielle linjer i maj 2017, det lancerede landets første multi-node kvantenetværk og verdens første kvante blockchain.
Kvantumprocessor, russisk udvikling og stak
- Hvad indeholder køreplanen for udvikling af kvanteteknologier?
— Køreplanen omfatter tre hovedlinjerunderteknologier: kvanteberegning, dvs. kvantecomputer, kvantekommunikation og kvantesensorer. Ud fra et modenhedssynspunkt er kvantekommunikation i dag den mest konkurrencedygtige i sammenligning med løsninger i verden. I løbet af de seneste tre år er det lykkedes os at mindske afstanden fra lederne kraftigt, og dem er vi nu ved at indhente. Målet i 2024 er at lave en løsning i verdensklasse og komme ind på verdensmarkederne og sælge enheden der. Vores mål, som vi taler om, er 8 % af det globale marked.
- RCC udvikler alle tre områder, som du nævnte?
- Delvist.Vi har vores eget team til kvantekommunikation, men der er yderligere to forskergrupper i Rusland. Inden for kvanteberegning udvikler vi nogle dele af dette store felt, men ikke alle. Hvis vi taler om kvanteberegning, forstår mange mennesker ikke helt korrekt formuleringen af problemet. For at løse et problem på en kvantecomputer er det ikke nok kun at have en kvanteprocessor. Du skal kunne styre det, og så skal du have et styresystem, algoritmer - til at løse hele stakken.
- Hvad er opgaverne nu, hvis vi taler om en computer - for at øge qubit-levetiden? Hvis vi overvejer eksemplet på en IBM-computer.
- Se, det du siger nu erførste niveau spørgsmål, hardware. Sådan bygger du selve processoren, så den fungerer korrekt. Og der er flere forskellige teknologiske grundlag, som det kan bygges på – superledning, eller kolde atomer og kolde ioner. Det er uklart, hvem af dem der vinder om fem år.
- Vil det hele komme til en løsning, vil ikke alle teknologier være på markedet på samme tid?
- Mest sandsynligt bliver det før eller siden til nogetalene. Hvorfor? For eksempel er klassiske processorer alle bygget på den samme teknologi. Selvom det teoretisk var muligt at lave forskellige. Og det er der flere grunde til – investering, effektivitet og så videre. Det er bare ikke klart nu, hvilken teknologi der vinder. Der er teknologiske problemer med superledende qubits, såsom levetid, men dette er ikke det eneste problem. Nøjagtigheden af optagelse og læsning er også meget vigtig. Og så - hvordan man bygger et stort nok skalerbart system. Dette er hovedspørgsmålet. Der er mange parametre, der skal behandles. Lad os forestille os, at du har bygget en god processor. Din computer vil ikke fungere på én processor. Vi har også brug for fejlkorrektionsalgoritmer, rettelseskoder, vi skal bruge algoritmer til at løse problemer, selve styresystemet, et programmeringssprog, en grænseflade til industrien, så du kan downloade problemet og få en løsning.
- Det kan bygges samtidigt med processoren?
- Selvfølgelig er dette gjort. For eksempel skriver folk programmeringssprog for en abstrakt quantumcomputer. Eller kvantealgoritmer for factoring tal, noget andet - de er generelt lavet til en abstrakt quantum computer, den såkaldte universelle. Når folk skriver software, højt niveau programmer, tænker de ikke på hvilken processor det vil blive gjort, de skriver på logisk niveau. På samme måde udvikles algoritmer på logisk niveau.
Kvantecomputere kommer lige i landbruget
- Kan du fortælle os om kvantesensorer?
— Et eksempel på en kvantesensor —superledende kvantecomputer Den bruger sådan en kæde i en superledende tilstand som qubits. Og problemet med levetiden er, at enhver ydre forstyrrelse ødelægger denne tilstand. Hvis det samme design bruges som en detektor af eksterne felter, der ødelægger det, så kan magnetiske felter måles meget nøjagtigt. De mest nøjagtige målinger af magnetiske felter udføres ved hjælp af den samme qubit-teknologi, kun i en anden form. Du kan bruge individuelle atomer – for eksempel nitrogenatomer placeret i en diamantkrystal. De er placeret så isoleret, at de kan bruges til at måle de samme magnetiske felter, temperatur eller tyngdekraft. Dette sker allerede i laboratorier, men det er nødvendigt at gå videre til industriprodukter. Disse vil være meget små, energieffektive og følsomme sensorer.
- I slutningen af briefingen sagde du, at kvantetteknologien kommer i alle brancher. Og hvorfor er de i alle brancher? Du har tegnet en analogi med almindelige computere, men i mange brancher løser almindelige computere alle problemer.
-Ja, men da konventionelle computere dukkede op, var de ikke nødvendige i alle brancher. For 50 år siden havde ikke alle brug for en computer, og folk sagde, ja, jeg har ikke brug for en. Og i dag er der ikke en eneste sådan industri...
- Tror du det samme vil ske med quantum one?
- Når du stadig har strøm, skal du hovedetnye udfordringer kommer. Også her for eksempel kunstig intelligens - hvor det er nødvendigt, overalt eller ej? Ja, næsten overalt. Ligesom det bliver mere tilgængeligt, enkelt, integreret og løser en bredere klasse af problemer, vil den blive brugt overalt. En kvantecomputer er som en underliggende teknologi, der giver en løsning på forskellige problemer. Da denne teknologi udvikler sig, kommer den til landbrug, industri og banksektoren.
- Du sagde om året 2024. Men hvis vi taler om overkommelige teknologier til erhvervslivet, selv store, så hvilke vilkår kan vi tale om, når sådanne teknologier kan ydes af virksomheder?
- Der er et problem her: Det er ikke klart, hvor meget der er brug fortid til at løse teknologiske problemer med at skalere en kvantecomputer. Måske tre år, måske mere. Nogle gange kommer man til implementeringsstadiet og ser et teknisk problem, der vil tage flere år at løse. Nogle gange bevæger man sig normalt. Indtil videre ser der ud til at være bevægelse, men det er ikke tydeligt. Derfor forventes det over en femårig horisont at blive foreslået omkostningseffektive løsninger.
Om adgang - ikke alle skal købequantum computer til at prøve kvantum computing kapaciteter. Allerede, for at teste teknologien giver IBM adgang til skyen til sin computer. Og her foreslår vi inden for rammerne af køreplanen at bevæge sig hen imod at skabe en skyplattform. Så alle kan teste gennembrudsteknologien uden at købe en computer
- Så det vil være en computer bygget, for eksempel på RCC, hvilke andre organisationer kan få adgang?
- Ikke nødvendigvis i RCC, kan det være hvor som helstbygget af Og hovedidéen er, at denne platform vil have adgang til forskellige computere. Fordi der nu er universelle kvantecomputere, simulatorer, er der kvante-inspirerede klassiske algoritmer, der er bare klassiske computere. Og afhængigt af opgavets art og kompleksitet sendes det til fejl i det tilsvarende system. Ligesom nu har vi en processor, en co-processor inde i den, og der er også en grafikprocessor. Og på hvad opgaven er, bestemmer systemet hvor man skal sende det til at løse. Så her: Platformen skal, afhængigt af opgaven, forstå, hvor det er bedre at forsøge at løse det. Og at arbejde ikke med en computer, men med flere, og også med simulatorer.
"Når en kvantecomputer vises, kan den ødelægge alle krypteringssystemerne." Er vi klar til dette øjeblik?
- Quantum kommunikation beskytter imod dette. I Rusland er der udviklet hensigtsmæssige løsninger, især af vores datterselskab Qrate, de såkaldte quantum key distribution installationer. Hvis i morgen dette problem opstår, vil det ikke blive løst på en dag, fordi det tager tid for infrastruktur. Derudover er der stadig nye typer algoritmer - de såkaldte postkvantumalgoritmer - de er heller ikke blevet implementeret endnu. Vi gør en indsats for at imødekomme udseendet af kvantecomputere fuldt væbnede.
Quantum kommunikation- kommunikationsnetværk, der beskytter overførte datadata ved hjælp af kvantemekanikkens grundlæggende love. De er en praktisk implementering af den såkaldte kvantekryptografi. De udgør et vigtigt element i kvantecomputere og kryptografisystemer. Tillader transport af information mellem fysisk adskilte kvantesystemer. I distribueret databehandling kan netværksknuder i et netværk behandle information ved at fungere som kvanteporte. Sikker dataoverførsel kan opnås ved hjælp af nøgledistributionsalgoritmer.
Post Quantum Cryptography- den del af kryptografi, der er tilbagerelevant med fremkomsten af kvantecomputere og angreb. Da kvantecomputere er betydeligt hurtigere end klassiske computerarkitekturer i beregningshastigheden af traditionelle kryptografiske algoritmer, bliver moderne kryptografiske systemer potentielt sårbare over for angreb. De fleste traditionelle kryptosystemer er afhængige af heltalsfaktoriseringsproblemer eller diskrete logaritmeproblemer, som let kan løses på store nok kvantecomputere ved hjælp af Shors algoritme.
- Du siger, at kvante teknologier vil begynde at blive introduceret i virksomheden inden for fem år?
- Computere vises i fem års forlængelsehvem vil begynde at løse de første omkostningseffektive problemer. Dette er opgaven med faktorisering - en af de sværeste, det bliver ikke løst i første fase. For eksempel er der mere strøm mere end til modellering af nogle første materialer. Kravene til optimeringsproblemer, måske mindre end for faktorisering. Det vil sige, at der nu er flere dusin kvantealgoritmer, der løser forskellige problemer. Shor's algoritme, som gør faktorisering, der vil hacke, er ret krævende.