Ruslan Yunusov— Generaldirektor des Russischen Quantenzentrums. Abschluss in Physik mit Auszeichnung
RCCist eine Forschungsorganisation, diebetreibt Grundlagen- und angewandte Forschung auf dem Gebiet der Quantenphysik und beschäftigt sich mit der Entwicklung und Kommerzialisierung neuer Technologien und Geräte, die auf der Nutzung von Quanteneffekten basieren. Spezialisten entwickeln hochempfindliche Sensoren, optische Mikrokavitäten, Elemente von Quantencomputern (Qubits) sowie Quantenkryptographiesysteme und andere. Im Jahr 2016 startete das Zentrum als erstes in Russland eine absolut sichere Kommunikation auf kommerziellen Leitungen; im Mai 2017 startete es das erste Multi-Node-Quantennetzwerk des Landes und die weltweit erste Quanten-Blockchain.
Quantenprozessor, russische Entwicklungen und Stack
- Was beinhaltet der Fahrplan für die Entwicklung von Quantentechnologien?
— Die Roadmap umfasst drei HauptzieleTeiltechnologien: Quantencomputing, also Quantencomputer, Quantenkommunikation und Quantensensoren. Unter dem Gesichtspunkt der Reife ist die Quantenkommunikation heute im Vergleich zu Lösungen auf der Welt am wettbewerbsfähigsten. In den letzten drei Jahren ist es uns gelungen, den Rückstand auf die Spitzenreiter deutlich zu verringern, und jetzt holen wir zu ihnen auf. Das Ziel besteht darin, bis 2024 eine Weltklasselösung zu entwickeln, in Weltmärkte vorzudringen und das Gerät dort zu verkaufen. Unser Ziel, über das wir sprechen, sind 8 % des Weltmarktes.
- RCC entwickelt alle drei Bereiche, die Sie erwähnt haben?
- Teilweise.Wir haben ein eigenes Team für Quantenkommunikation, aber es gibt zwei weitere Forschungsgruppen in Russland. Im Quantencomputing entwickeln wir einige Teile dieses großen Bereichs, aber nicht alle. Wenn wir über Quantencomputing sprechen, verstehen viele Menschen die Formulierung des Problems nicht ganz richtig. Um ein Problem auf einem Quantencomputer zu lösen, reicht es nicht aus, nur einen Quantenprozessor zu haben. Sie müssen in der Lage sein, es zu verwalten, und dann benötigen Sie ein Betriebssystem und Algorithmen, um den gesamten Stapel zu lösen.
- Was sind jetzt die Aufgaben, wenn wir über einen Computer sprechen - um die Qubit-Lebensdauer zu erhöhen? Betrachten wir das Beispiel eines IBM-Computers.
- Schauen Sie, was Sie jetzt sagen, istFrage der ersten Ebene, Hardware. So bauen Sie den Prozessor selbst so auf, dass er ordnungsgemäß funktioniert. Und es gibt verschiedene technologische Grundlagen, auf denen es aufbauen kann – Supraleitung oder kalte Atome und kalte Ionen. Es ist unklar, wer von ihnen in fünf Jahren gewinnen wird.
- Wird es eine Lösung geben, werden nicht alle Technologien gleichzeitig auf dem Markt sein?
- Höchstwahrscheinlich wird es früher oder später zu etwas kommenallein. Warum? Beispielsweise basieren klassische Prozessoren alle auf der gleichen Technologie. Obwohl es theoretisch möglich war, verschiedene herzustellen. Und dafür gibt es mehrere Gründe – Investition, Effizienz und so weiter. Es ist derzeit einfach nicht klar, welche Technologie gewinnen wird. Bei supraleitenden Qubits gibt es technologische Probleme, etwa hinsichtlich der Lebensdauer, aber das ist nicht das einzige Problem. Auch die Genauigkeit der Aufzeichnung und des Ablesens ist sehr wichtig. Und dann – wie man ein ausreichend großes, skalierbares System aufbaut. Das ist die Hauptfrage. Es gibt viele Parameter, die berücksichtigt werden müssen. Stellen wir uns vor, Sie hätten einen guten Prozessor gebaut. Ihr Computer funktioniert nicht mit einem Prozessor. Wir brauchen auch Fehlerkorrekturalgorithmen, Korrekturcodes, wir brauchen Algorithmen zur Problemlösung, das Betriebssystem selbst, eine Programmiersprache, eine Schnittstelle für die Industrie, damit Sie das Problem herunterladen und eine Lösung erhalten können.
- Kann es gleichzeitig mit dem Prozessor gebaut werden?
- Natürlich ist das erledigt. Zum Beispiel schreiben Menschen Programmiersprachen für einen abstrakten Quantencomputer. Oder Quantenalgorithmen zum Faktorisieren von Zahlen, etwas anderes - sie sind im Allgemeinen für einen abstrakten Quantencomputer, den sogenannten Universal, gemacht. Wenn Leute Software schreiben, High-Level-Programme, denken sie nicht darüber nach, auf welchem Prozessor dies geschehen wird, sondern sie schreiben auf logischer Ebene. Ebenso werden Algorithmen auf Logikebene entwickelt.
Quantencomputer werden auch in der Landwirtschaft kommen
- Können Sie uns etwas über Quantensensoren erzählen?
— Ein Beispiel für einen Quantensensor —Der supraleitende Quantencomputer nutzt eine solche Kette im supraleitenden Zustand als Qubits. Und das Problem mit der Lebensdauer ist, dass jegliche äußere Störungen diesen Zustand zerstören. Wenn das gleiche Design als Detektor für äußere Felder verwendet wird, die es zerstören, können Magnetfelder sehr genau gemessen werden. Die genauesten Messungen von Magnetfeldern werden mit derselben Qubit-Technologie durchgeführt, nur in einer anderen Form. Sie können einzelne Atome verwenden – zum Beispiel Stickstoffatome, die in einem Diamantkristall platziert sind. Sie liegen so isoliert, dass mit ihnen die gleichen Magnetfelder, die gleiche Temperatur und die gleiche Schwerkraft gemessen werden können. Dies geschieht bereits in Laboratorien, aber es ist notwendig, auf Industrieprodukte überzugehen. Dabei handelt es sich um sehr kleine, energieeffiziente und empfindliche Sensoren.
- Am Ende des Briefings sagten Sie, dass das QuantumTechnologie wird in allen Branchen kommen. Und warum sind sie in allen Branchen? Sie haben eine Analogie zu gewöhnlichen Computern gezogen, aber in vielen Branchen lösen gewöhnliche Computer alle Probleme.
-Ja, aber als herkömmliche Computer aufkamen, wurden sie nicht in allen Branchen benötigt. Vor 50 Jahren brauchte nicht jeder einen Computer, und die Leute sagten: Ja, ich brauche keinen. Und heute gibt es keine einzige solche Branche mehr...
- Glaubst du, dass das Gleiche mit dem Quantum One passieren wird?
- Wenn Sie noch Strom haben, gehen Sie voranneue herausforderungen kommen. Auch hier zum Beispiel künstliche Intelligenz - wo nötig, überall oder nicht? Ja, fast überall. Sobald es zugänglicher, einfacher und integrierbarer wird und eine größere Klasse von Problemen löst, wird es überall eingesetzt. Ein Quantencomputer ist wie eine zugrunde liegende Technologie, die eine Lösung für verschiedene Probleme bietet. Mit der Weiterentwicklung dieser Technologie werden auch die Landwirtschaft, der Industriesektor und der Bankensektor betroffen sein.
- Sie sagten über das Jahr 2024. Aber wenn wir über die Erschwinglichkeit von Technologien für Unternehmen sprechen, auch für große, über welche Bedingungen können wir dann sprechen, wenn sich Unternehmen solche Technologien leisten können?
— Hier gibt es ein Problem: Es ist nicht klar, wie viel benötigt wirdZeit, technologische Probleme der Skalierung eines Quantencomputers zu lösen. Vielleicht drei Jahre, vielleicht länger. Manchmal gelangt man in die Implementierungsphase und sieht ein technisches Problem, dessen Lösung mehrere Jahre dauern wird. Manchmal bewegt man sich normal. Bisher scheint es Bewegung zu geben, aber offensichtlich ist sie nicht. Daher wird erwartet, dass über einen Zeithorizont von fünf Jahren kosteneffiziente Lösungen vorgeschlagen werden.
Über den Zugang - nicht jeder muss kaufenQuantencomputer, um Quantencomputerfähigkeiten auszuprobieren. Um die Technologie zu testen, gewährt IBM bereits Cloud-Zugriff auf seinen Computer. Und hier schlagen wir vor, im Rahmen der Roadmap eine Cloud-Plattform zu schaffen. Damit jeder die bahnbrechende Technologie testen kann, ohne einen Computer zu kaufen
- Es wird also ein Computer sein, der zum Beispiel beim RCC gebaut wird und auf den andere Organisationen zugreifen können?
- Nicht unbedingt im RCC, es kann überall seingebaut von Die Hauptidee ist, dass diese Plattform auf verschiedene Computer zugreifen kann. Da es jetzt universelle Quantencomputer und Simulatoren gibt, gibt es quanteninspirierte klassische Algorithmen und nur klassische Computer. Und je nach Art und Komplexität der Aufgabe wird sie bei Fehlern an das entsprechende System gesendet. Genau wie jetzt haben wir einen Prozessor, einen Coprozessor, und es gibt auch einen Grafikprozessor. Und was die Aufgabe ist, bestimmt das System, wohin es zur Lösung geschickt werden soll. So ist es hier: Je nach Aufgabe sollte die Plattform verstehen, wo es besser ist, zu versuchen, es zu lösen. Und nicht mit einem Computer zu arbeiten, sondern mit mehreren und auch mit Simulatoren.
"Wenn ein Quantencomputer auftaucht, kann er alle Verschlüsselungssysteme knacken." Sind wir bereit für diesen Moment?
- Quantenkommunikation schützt davor. In Russland wurden insbesondere von unserer Tochtergesellschaft Qrate, den sogenannten Quantenschlüsselverteilungsanlagen, entsprechende Lösungen entwickelt. Wenn dieses Problem morgen auftritt, wird es nicht an einem Tag gelöst, da es Zeit für die Infrastruktur braucht. Außerdem gibt es immer noch neue Arten von Algorithmen - die sogenannten Post-Quanten-Algorithmen - die ebenfalls noch nicht implementiert wurden. Wir bemühen uns, das Erscheinen von voll bewaffneten Quantencomputern zu verhindern.
Quantenkommunikation- Kommunikationsnetze, die übertragene Daten schützenDaten mithilfe der Grundgesetze der Quantenmechanik. Sie sind eine praktische Umsetzung der sogenannten Quantenkryptographie. Sie bilden ein wichtiges Element von Quantencomputer- und Kryptographiesystemen. Ermöglicht den Transport von Informationen zwischen physikalisch getrennten Quantensystemen. Beim verteilten Rechnen können Netzwerkknoten in einem Netzwerk Informationen verarbeiten, indem sie als Quantengatter fungieren. Mithilfe von Schlüsselverteilungsalgorithmen kann eine sichere Datenübertragung erreicht werden.
Post-Quanten-Kryptographie- der Teil der Kryptographie, der übrig bleibtrelevant mit dem Aufkommen von Quantencomputern und Angriffen. Da Quantencomputer in der Rechengeschwindigkeit traditioneller kryptografischer Algorithmen deutlich schneller sind als klassische Computerarchitekturen, sind moderne kryptografische Systeme potenziell anfällig für Angriffe. Die meisten traditionellen Kryptosysteme basieren auf ganzzahligen Faktorisierungsproblemen oder diskreten Logarithmusproblemen, die auf ausreichend großen Quantencomputern mit Shors Algorithmus leicht lösbar wären.
- Sie sagen, dass Quantentechnologien innerhalb von fünf Jahren in das Geschäft eingeführt werden?
- Computer werden am Horizont von fünf Jahren erscheinen,wer wird anfangen, die ersten kostengünstigen Probleme zu lösen. Dies ist die Aufgabe der Faktorisierung - eine der schwierigsten, sie wird in der ersten Phase nicht gelöst. Dafür wird beispielsweise mehr Leistung benötigt als für die Modellierung einiger erster Materialien. Die Anforderungen an Optimierungsprobleme sind vielleicht geringer als an die Faktorisierung. Das heißt, es gibt jetzt mehrere Dutzend Quantenalgorithmen, die verschiedene Probleme lösen. Shors Algorithmus, der eine Faktorisierung durchführt, die hackt, ist ziemlich anspruchsvoll.