Ruslan Yunusov— Γενικός Διευθυντής του Ρωσικού Κβαντικού Κέντρου. Αποφοίτησε με άριστα στη φυσική
RCCείναι ένας ερευνητικός οργανισμός πουδιεξάγει θεμελιώδη και εφαρμοσμένη έρευνα στον τομέα της κβαντικής φυσικής, ασχολείται με τη δημιουργία και εμπορευματοποίηση νέων τεχνολογιών και συσκευών που βασίζονται στη χρήση κβαντικών επιδράσεων. Οι ειδικοί αναπτύσσουν υπερευαίσθητους αισθητήρες, οπτικές μικροκοιλότητες, στοιχεία κβαντικών υπολογιστών (qubits), καθώς και συστήματα κβαντικής κρυπτογραφίας και άλλα. Το 2016, το Κέντρο ήταν το πρώτο στη Ρωσία που ξεκίνησε απόλυτα ασφαλείς επικοινωνίες σε εμπορικές γραμμές· τον Μάιο του 2017, ξεκίνησε το πρώτο κβαντικό δίκτυο πολλών κόμβων της χώρας και το πρώτο κβαντικό blockchain στον κόσμο.
Κβαντικός επεξεργαστής, ρωσικές εξελίξεις και στοίβα
- Ποιος είναι ο χάρτης πορείας για την ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών;
— Ο οδικός χάρτης περιλαμβάνει τρεις κύριεςυπο-τεχνολογίες: κβαντικοί υπολογιστές, δηλαδή κβαντικοί υπολογιστές, κβαντικές επικοινωνίες και κβαντικοί αισθητήρες. Μιλώντας από την άποψη της ωριμότητας, οι κβαντικές επικοινωνίες σήμερα είναι οι πιο ανταγωνιστικές σε σύγκριση με λύσεις στον κόσμο. Τα τελευταία τρία χρόνια, καταφέραμε να μειώσουμε σημαντικά τη διαφορά από τους ηγέτες και τώρα τους προλαβαίνουμε. Ο στόχος μέχρι το 2024 είναι να φτιάξουμε μια λύση παγκόσμιας κλάσης και να εισέλθουμε στις παγκόσμιες αγορές και να πουλήσουμε τη συσκευή εκεί. Ο στόχος μας για τον οποίο μιλάμε είναι το 8% της παγκόσμιας αγοράς.
- Το RCC αναπτύσσει και τους τρεις τομείς που αναφέρατε;
- Εν μέρει.Έχουμε τη δική μας ομάδα για κβαντικές επικοινωνίες, αλλά υπάρχουν δύο ακόμη ερευνητικές ομάδες στη Ρωσία. Στον κβαντικό υπολογισμό, αναπτύσσουμε ορισμένα μέρη αυτού του μεγάλου πεδίου, αλλά όχι όλα. Αν μιλάμε για κβαντικό υπολογισμό, πολλοί άνθρωποι δεν κατανοούν σωστά τη διατύπωση του προβλήματος. Για να λύσετε ένα πρόβλημα σε έναν κβαντικό υπολογιστή, δεν αρκεί να έχετε απλώς έναν κβαντικό επεξεργαστή. Πρέπει να είστε σε θέση να το διαχειριστείτε και, στη συνέχεια, πρέπει να έχετε ένα λειτουργικό σύστημα, αλγόριθμους - για να λύσετε ολόκληρη τη στοίβα.
- Ποιες είναι οι αποστολές τώρα, αν μιλάμε για έναν υπολογιστή - για να αυξήσουμε τον χρόνο ζωής qubit; Αν εξετάσουμε το παράδειγμα ενός υπολογιστή IBM.
- Κοίτα, αυτό που λες τώρα είναιερώτηση πρώτου επιπέδου, υλικό. Πώς να φτιάξετε τον ίδιο τον επεξεργαστή ώστε να λειτουργεί σωστά. Και υπάρχουν πολλές διαφορετικές τεχνολογικές βάσεις στις οποίες μπορεί να κατασκευαστεί - υπεραγωγιμότητα, ή ψυχρά άτομα και ψυχρά ιόντα. Δεν είναι σαφές ποιος από αυτούς θα κερδίσει σε πέντε χρόνια.
- Θα καταλήξει όλοι σε μια λύση, δεν θα είναι όλες οι τεχνολογίες στην αγορά ταυτόχρονα;
- Πιθανότατα, αργά ή γρήγορα θα καταλήξει σε κάτιμόνος. Γιατί; Για παράδειγμα, οι κλασικοί επεξεργαστές είναι όλοι κατασκευασμένοι στην ίδια τεχνολογία. Αν και θεωρητικά ήταν δυνατό να γίνουν διαφορετικά. Και υπάρχουν αρκετοί λόγοι για αυτό - επένδυση, αποτελεσματικότητα και ούτω καθεξής. Απλώς δεν είναι ξεκάθαρο τώρα ποια τεχνολογία θα κερδίσει. Υπάρχουν τεχνολογικά προβλήματα με τα υπεραγώγιμα qubit, όπως η διάρκεια ζωής, αλλά αυτό δεν είναι το μόνο ζήτημα. Η ακρίβεια της εγγραφής και της ανάγνωσης είναι επίσης πολύ σημαντική. Και μετά - πώς να χτίσετε ένα αρκετά μεγάλο επεκτάσιμο σύστημα. Αυτό είναι το κύριο ερώτημα. Υπάρχουν πολλές παράμετροι που πρέπει να αντιμετωπιστούν. Ας φανταστούμε ότι έχετε φτιάξει έναν καλό επεξεργαστή. Ο υπολογιστής σας δεν θα λειτουργεί σε έναν επεξεργαστή. Χρειαζόμαστε επίσης αλγόριθμους διόρθωσης σφαλμάτων, κωδικούς διόρθωσης, χρειαζόμαστε αλγόριθμους για την επίλυση προβλημάτων, το ίδιο το λειτουργικό σύστημα, μια γλώσσα προγραμματισμού, μια διεπαφή για τον κλάδο, ώστε να μπορείτε να κατεβάσετε το πρόβλημα και να βρείτε μια λύση.
- Μπορεί να κατασκευαστεί ταυτόχρονα με τον επεξεργαστή;
- Φυσικά, αυτό γίνεται. Για παράδειγμα, οι άνθρωποι γράφουν γλώσσες προγραμματισμού για έναν αφηρημένο κβαντικό υπολογιστή. Ή κβαντικοί αλγόριθμοι για αριθμούς factoring, κάτι άλλο - γενικά γίνονται για έναν αφηρημένο κβαντικό υπολογιστή, το λεγόμενο καθολικό. Όταν οι άνθρωποι γράφουν λογισμικό, προγράμματα υψηλού επιπέδου, δεν σκέφτονται ποιος επεξεργαστής θα γίνει, γράφουν στο λογικό επίπεδο. Ομοίως, αναπτύσσονται αλγόριθμοι στο λογικό επίπεδο.
Οι κβαντικοί υπολογιστές θα έρθουν ακόμα και στη γεωργία
- Μπορείτε να μας πείτε για τους κβαντικούς αισθητήρες;
— Ένα παράδειγμα κβαντικού αισθητήρα —υπεραγώγιμος κβαντικός υπολογιστής Χρησιμοποιεί μια τέτοια αλυσίδα σε υπεραγώγιμη κατάσταση ως qubits. Και το πρόβλημα με τη διάρκεια ζωής είναι ότι τυχόν εξωτερικές διαταραχές καταστρέφουν αυτήν την κατάσταση. Εάν το ίδιο σχέδιο χρησιμοποιείται ως ανιχνευτής εξωτερικών πεδίων που το καταστρέφουν, τότε τα μαγνητικά πεδία μπορούν να μετρηθούν με μεγάλη ακρίβεια. Οι πιο ακριβείς μετρήσεις των μαγνητικών πεδίων πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνολογία qubit, μόνο σε διαφορετική μορφή. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μεμονωμένα άτομα - για παράδειγμα, άτομα αζώτου τοποθετημένα σε κρύσταλλο διαμαντιού. Βρίσκονται τόσο απομονωμένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση των ίδιων μαγνητικών πεδίων ή θερμοκρασίας ή βαρύτητας. Αυτό συμβαίνει ήδη στα εργαστήρια, αλλά είναι απαραίτητο να περάσουμε στα βιομηχανικά προϊόντα. Αυτοί θα είναι πολύ μικροί, ενεργειακά αποδοτικοί και ευαίσθητοι αισθητήρες.
- Στο τέλος της ενημέρωσης, είπατε ότι το κβαντικόη τεχνολογία θα έρθει σε όλους τους κλάδους. Και γιατί είναι σε όλες τις βιομηχανίες; Έχετε μια αναλογία με τους συνηθισμένους υπολογιστές, αλλά σε πολλές βιομηχανίες, οι συνηθισμένοι υπολογιστές λύουν όλα τα προβλήματα.
-Ναι, αλλά όταν εμφανίστηκαν οι συμβατικοί υπολογιστές, δεν ήταν απαραίτητοι σε όλες τις βιομηχανίες. Πριν από 50 χρόνια, δεν χρειάζονταν όλοι έναν υπολογιστή, και οι άνθρωποι έλεγαν, ναι, δεν χρειάζομαι έναν. Και σήμερα δεν υπάρχει ούτε μία τέτοια βιομηχανία...
- Πιστεύεις ότι το ίδιο θα συμβεί και με το κβαντικό;
- Όταν έχετε ακόμα ισχύ, κεφάλινέες προκλήσεις έρχονται. Και εδώ, για παράδειγμα, τεχνητή νοημοσύνη - όπου χρειάζεται, παντού ή όχι; Ναι, σχεδόν παντού. Ακριβώς όπως γίνεται περισσότερο προσβάσιμο, απλό, ολοκληρωμένο και λύει μια ευρύτερη κατηγορία προβλημάτων, θα χρησιμοποιηθεί παντού. Ένας κβαντικός υπολογιστής είναι σαν μια υποκείμενη τεχνολογία που παρέχει μια λύση σε διάφορα προβλήματα. Καθώς αναπτύσσεται αυτή η τεχνολογία, θα έρθει στη γεωργία, στον βιομηχανικό τομέα και στον τραπεζικό τομέα.
- Είπατε για το έτος 2024. Αλλά αν μιλάμε για την οικονομική προσιτότητα των τεχνολογιών για τις επιχειρήσεις, ακόμη και για τις μεγάλες, τότε ποιοι είναι οι λόγοι για τους οποίους μπορούμε να μιλάμε για το πότε μπορούν να παρέχονται τέτοιες τεχνολογίες από τις εταιρείες;
— Υπάρχει ένα πρόβλημα εδώ: δεν είναι σαφές πόσα χρειάζονταιχρόνος για την επίλυση τεχνολογικών προβλημάτων κλιμάκωσης ενός κβαντικού υπολογιστή. Ίσως τρία χρόνια, ίσως περισσότερα. Μερικές φορές φτάνεις στο στάδιο της υλοποίησης και βλέπεις ένα τεχνικό πρόβλημα που θα χρειαστούν αρκετά χρόνια για να λυθεί. Μερικές φορές κινείσαι κανονικά. Μέχρι στιγμής φαίνεται να υπάρχει κίνηση, αλλά δεν είναι εμφανές. Ως εκ τούτου, σε ορίζοντα πενταετίας, αναμένεται ότι θα προταθούν οικονομικά αποδοτικές λύσεις.
Σχετικά με την πρόσβαση - δεν θα πρέπει όλοι να αγοράσουνκβαντικό υπολογιστή για να δοκιμάσετε τις δυνατότητες της κβαντικής πληροφορικής. Ήδη, προκειμένου να δοκιμάσει την τεχνολογία, η IBM δίνει πρόσβαση στον cloud στον υπολογιστή της. Και εδώ προτείνουμε, στο πλαίσιο του χάρτη πορείας, να προχωρήσουμε στη δημιουργία μιας νέας πλατφόρμας. Έτσι ώστε ο καθένας να μπορεί να δοκιμάσει την πρωτοποριακή τεχνολογία χωρίς να αγοράσει έναν υπολογιστή
- Έτσι θα είναι ένας υπολογιστής που κατασκευάστηκε, για παράδειγμα, στο RCC, τον οποίο μπορούν να έχουν άλλοι οργανισμοί;
- Όχι απαραίτητα στο RCC, μπορεί να είναι οπουδήποτεπου χτίστηκε από Και η βασική ιδέα είναι ότι αυτή η πλατφόρμα θα έχει πρόσβαση σε διαφορετικούς υπολογιστές. Επειδή τώρα υπάρχουν παγκόσμιοι κβαντικοί υπολογιστές, προσομοιωτές, υπάρχουν κβαντικοί κλασικοί αλγόριθμοι, υπάρχουν μόνο κλασσικοί υπολογιστές. Και ανάλογα με τη φύση και την πολυπλοκότητα της εργασίας, αποστέλλεται σφάλματα στο αντίστοιχο σύστημα. Ακριβώς όπως τώρα, έχουμε έναν επεξεργαστή, έναν συν-επεξεργαστή μέσα σε αυτό, και υπάρχει επίσης ένας επεξεργαστής γραφικών. Και για το τι είναι το καθήκον, το σύστημα καθορίζει πού να το στείλει για να το λύσει. Έτσι είναι εδώ: ανάλογα με το έργο, η πλατφόρμα πρέπει να καταλάβει πού είναι καλύτερο να προσπαθήσει να την λύσει. Και για να δουλέψει όχι με έναν υπολογιστή, αλλά με πολλούς, αλλά και με προσομοιωτές.
"Όταν εμφανιστεί ένας κβαντικός υπολογιστής, μπορεί να σπάσει όλα τα συστήματα κρυπτογράφησης." Είμαστε έτοιμοι για αυτή τη στιγμή;
- Οι κβαντικές επικοινωνίες προστατεύουν από αυτό. Στη Ρωσία, αναπτύχθηκαν κατάλληλες λύσεις, ιδίως από την θυγατρική μας Qrate, τις λεγόμενες εγκαταστάσεις διανομής κβαντικού κλειδιού. Αν αύριο δημιουργηθεί αυτό το πρόβλημα, δεν θα λυθεί σε μια μέρα, επειδή χρειάζεται χρόνος για την υποδομή. Επιπλέον, υπάρχουν ακόμα νέοι τύποι αλγορίθμων - οι λεγόμενοι μετακβαντικοί αλγόριθμοι - και δεν έχουν ακόμη εφαρμοστεί. Καταβάλλουμε προσπάθειες για να ανταποκριθούμε στην εμφάνιση εντελώς οπλισμένων υπολογιστών κβαντικών.
Κβαντικές επικοινωνίες- δίκτυα επικοινωνίας που προστατεύουν τα μεταδιδόμενα δεδομέναδεδομένα χρησιμοποιώντας τους θεμελιώδεις νόμους της κβαντικής μηχανικής. Αποτελούν πρακτική εφαρμογή της λεγόμενης κβαντικής κρυπτογραφίας. Αποτελούν ένα σημαντικό στοιχείο των συστημάτων κβαντικών υπολογιστών και κρυπτογραφίας. Επιτρέπει τη μεταφορά πληροφοριών μεταξύ φυσικώς διαχωρισμένων κβαντικών συστημάτων. Στους κατανεμημένους υπολογιστές, οι κόμβοι δικτύου σε ένα δίκτυο μπορούν να επεξεργάζονται πληροφορίες ενεργώντας ως κβαντικές πύλες. Η ασφαλής μεταφορά δεδομένων μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας αλγόριθμους διανομής κλειδιών.
Δημοσιεύστε κβαντική κρυπτογραφία- το κομμάτι της κρυπτογραφίας που απομένειπου σχετίζονται με την εμφάνιση των κβαντικών υπολογιστών και των επιθέσεων. Δεδομένου ότι οι κβαντικοί υπολογιστές είναι σημαντικά ταχύτεροι από τις κλασικές αρχιτεκτονικές υπολογιστών στην ταχύτητα υπολογισμού των παραδοσιακών κρυπτογραφικών αλγορίθμων, τα σύγχρονα κρυπτογραφικά συστήματα γίνονται δυνητικά ευάλωτα σε επιθέσεις. Τα περισσότερα παραδοσιακά κρυπτοσυστήματα βασίζονται σε προβλήματα παραγοντοποίησης ακεραίων ή σε προβλήματα διακριτών λογαρίθμων, τα οποία θα ήταν εύκολα επιλύσιμα σε αρκετά μεγάλους κβαντικούς υπολογιστές χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο του Shor.
- Λέτε ότι οι κβαντικές τεχνολογίες θα αρχίσουν να εισάγονται στην επιχείρηση μέσα σε πέντε χρόνια;
- Οι υπολογιστές θα εμφανιστούν στον ορίζοντα πέντε ετών,ο οποίος θα αρχίσει να επιλύει τα πρώτα οικονομικά προβλήματα. Αυτό είναι το έργο του factorization - ένα από τα πιο δύσκολα, δεν θα λυθεί στο πρώτο στάδιο. Για αυτό, για παράδειγμα, απαιτείται περισσότερη ενέργεια από ό, τι για τη μοντελοποίηση ορισμένων πρώτων υλικών. Οι απαιτήσεις για προβλήματα βελτιστοποίησης, ίσως λιγότερο από την παραγοντοποίηση. Δηλαδή, υπάρχουν τώρα αρκετές δεκάδες κβαντικοί αλγόριθμοι που λύουν διαφορετικά προβλήματα. Ο αλγόριθμος Shor, ο οποίος κάνει τον παραγοντισμό που θα χάσει, είναι αρκετά απαιτητικός.