Ruslan Yunusov, RCC - über Post-Quanten-Algorithmen, das Timing der Entstehung von Quantencomputern und russische Entwicklungen

Ruslan Yunusov - Generaldirektor des russischen Quantenzentrums. Abschluss mit Auszeichnung physisch

Fakultät der Moskauer Staatlichen Universität. Er setzte seine wissenschaftliche Karriere in einer Graduiertenschule am Institut für biologische Chemie, benannt nach N. M. Emanuel von der Russischen Akademie der Wissenschaften, fort, wo er seine These verteidigte. Er war führend im Bereich Brennstoff- und Energiekomplex sowie in Investitions- und Innovationsunternehmen.

RCC - eine Forschungseinrichtung, die führtGrundlagenforschung und angewandte Forschung auf dem Gebiet der Quantenphysik befasst sich mit der Entwicklung und Kommerzialisierung neuer Technologien und Geräte auf der Grundlage von Quanteneffekten. Spezialisten entwickeln supersensitive Sensoren, optische Mikroresonatoren, Elemente von Quantencomputern (Qubits) sowie Quantenkryptografiesysteme und andere. 2016 war das Zentrum das erste in Russland, das im Mai 2017 eine absolut sichere Verbindung für kommerzielle Leitungen einführte - das erste Multiknoten-Quantennetzwerk des Landes und die weltweit erste Quantenblockkette.

Quantenprozessor, russische Entwicklungen und Stack

- Was beinhaltet der Fahrplan für die Entwicklung von Quantentechnologien?

- Die Roadmap enthält drei HauptSubtechnologien: Quantencomputing, dh Quantencomputer, Quantenkommunikation und Quantensensoren. Wenn wir von Reife sprechen, ist die Quantenkommunikation heute die wettbewerbsfähigste in unserem Land im Vergleich zu Lösungen auf der Welt. In den letzten drei Jahren ist es uns gelungen, die Kluft zwischen den Führern deutlich zu verringern, und jetzt holen wir sie ein. Die Aufgabe bis 2024 ist es, eine erstklassige Lösung zu entwickeln und in globale Märkte einzutreten und dort ein Gerät zu verkaufen. Unser Ziel, von dem wir sprechen, sind 8% des globalen Marktes.

- RCC entwickelt alle drei Bereiche, die Sie erwähnt haben?

- Teilweise. Für die Quantenkommunikation haben wir ein eigenes Team, aber in Russland gibt es zwei weitere Forschungsgruppen. In der Quantenverarbeitung entwickeln wir einige Teile dieses großen Feldes, aber nicht alle. Wenn wir über Quantencomputer sprechen, verstehen viele Leute die Formulierung des Problems nicht ganz. 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 bedingtes Betriebssystem, 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.

- Sehen Sie, was Sie jetzt sagen, istFrage der ersten Ebene, Hardware. So bauen Sie den Prozessor selbst so auf, dass er normal funktioniert. Und es gibt verschiedene technologische Grundlagen, auf denen es aufgebaut werden kann - Supraleitung oder kalte Atome und kalte Ionen. Es ist nicht klar, wer von ihnen in fünf Jahren gewinnt.

- Wird es eine Lösung geben, werden nicht alle Technologien gleichzeitig auf dem Markt sein?

- Höchstwahrscheinlich wird es früher oder später zu etwas kommeneins Warum? Zum Beispiel klassische Prozessoren - alle auf der gleichen Technologie aufgebaut. Obwohl es theoretisch anders sein könnte. Dafür gibt es mehrere Gründe - Investition, Effizienz und so weiter. Derzeit ist nicht klar, welche Technologie gewinnen wird. Es gibt technologische Probleme mit supraleitenden Qubits, beispielsweise die Lebensdauer, aber dies ist nicht die einzige Frage. Die Genauigkeit des Schreibens und Lesens ist ebenfalls sehr wichtig. Und dann - wie man ein ausreichend großes skalierbares System aufbaut. Das ist die Hauptfrage. Es gibt viele Parameter, die angesprochen werden müssen. Stellen Sie sich vor, Sie haben einen guten Prozessor gebaut. Ihr Computer funktioniert nicht mit einem einzelnen Prozessor. Wir benötigen auch Fehlerkorrekturalgorithmen, Korrekturcodes, Problemlösungsalgorithmen, das Betriebssystem selbst, eine Programmiersprache und eine Schnittstelle für die Industrie, damit Sie die Aufgabe herunterladen und eine Lösung finden 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 eines Quantensensors -supraleitender Quantencomputer Als Qubit verwendet er eine solche Kette im supraleitenden Zustand. Und das Problem der Lebenszeit ist, dass äußere Störungen diesen Zustand zerstören. Wird derselbe Aufbau als Detektor für zerstörende äußere Felder verwendet, können Magnetfelder sehr genau gemessen werden. Die genauesten Messungen von Magnetfeldern werden nur mit der gleichen Qubit-Technologie durchgeführt, nur in einer anderen Inkarnation. Es können getrennte Atome verwendet werden - beispielsweise Stickstoffatome, die in einem Diamantkristall angeordnet sind. Sie sind so isoliert, dass sie die gleichen Magnetfelder oder Temperaturen oder die gleiche Schwerkraft messen können. In Laboratorien ist dies bereits der Fall, es ist jedoch erforderlich, auf Industrieprodukte umzusteigen. Dies werden sehr kleine, energieeffiziente und empfindliche Sensoren sein.

- 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 normale Computer auftauchten, wurden sie nicht in allen Branchen benötigt. Vor 50 Jahren brauchten nicht alle Computer, und die Leute sagten: Ja, ich brauche es nicht. Und heute gibt es keine solche Industrie ...

- 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?

- Es gibt ein Problem - es ist nicht klar, wie viel benötigt wirdZeit, um technologische Probleme der Skalierung eines Quantencomputers zu lösen. Vielleicht drei Jahre, vielleicht mehr. Manchmal kommt es vor, dass Sie die Implementierungsphase erreichen und ein technisches Problem feststellen, dessen Lösung mehrere Jahre in Anspruch nehmen wird. Es kommt vor, dass Sie sich normal bewegen. Die Bewegung scheint zwar vor sich zu gehen, ist aber nicht offensichtlich. Daher wird erwartet, dass am Horizont von fünf Jahren kostengünstige Lösungen angeboten 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 zum Schutz der übertragenen DatenDaten unter Verwendung der Grundgesetze der Quantenmechanik. Sie sind eine praktische Implementierung der sogenannten Quantenkryptographie. Sie bilden ein wichtiges Element von Quantencomputer- und Kryptografiesystemen. Ermöglichen den Transport von Informationen zwischen physikalisch getrennten Quantensystemen. Beim verteilten Rechnen können Netzwerkknoten in einem Netzwerk Informationen verarbeiten, indem sie die Funktion von Quantentoren ausführen. Die sichere Datenübertragung kann mithilfe von Schlüsselverteilungsalgorithmen implementiert werden.

Post-Quanten-Kryptographie - Teil der Kryptographie, der relevant bleibtmit dem Aufkommen von Quantencomputern und Angriffen. Da Quantencomputer bei der Berechnung traditioneller kryptografischer Algorithmen klassischen Computerarchitekturen weit überlegen sind, sind moderne kryptografische Systeme potenziell anfällig für Angriffe. Die meisten herkömmlichen Kryptosysteme stützen sich auf das Problem der Faktorisierung von ganzen Zahlen oder auf diskrete Logarithmusprobleme, die auf ausreichend großen Quantencomputern unter Verwendung des Shor-Algorithmus leicht gelöst werden können.

- 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.