Ruslan Yunusov— Az Orosz Kvantumközpont vezérigazgatója. Fizikából kitüntetéssel végzett
RCCegy olyan kutatószervezet, amelyalap- és alkalmazott kutatásokat folytat a kvantumfizika területén, foglalkozik kvantumeffektusokon alapuló új technológiák, eszközök létrehozásával és kereskedelmi forgalomba hozatalával. A szakemberek ultraérzékeny érzékelőket, optikai mikroüregeket, kvantumszámítógépek elemeit (qubit), valamint kvantumkriptográfiai rendszereket és másokat fejlesztenek. 2016-ban a Központ Oroszországban elsőként indított teljesen biztonságos kommunikációt kereskedelmi vonalakon, 2017 májusában pedig elindította az ország első több csomópontból álló kvantumhálózatát és a világ első kvantumblokkláncát.
Quantum processzor, orosz fejlesztések és verem
- Mi az ütemterv a kvantum-technológiák fejlesztésére?
— Az ütemterv három főt tartalmazrésztechnológiák: kvantumszámítás, azaz kvantumszámítógép, kvantumkommunikáció és kvantumérzékelők. Az érettség szempontjából a kvantumkommunikáció ma a legversenyképesebb a megoldásokhoz képest a világon. Az elmúlt három évben sikerült nagymértékben csökkentenünk a lemaradást a vezetőktől, és most utolérjük őket. A cél 2024-re egy világszínvonalú megoldás elkészítése, a világpiacokra való kilépés és a készülék értékesítése ott. Célunk, amelyről beszélünk, a globális piac 8%-a.
- Az RCC mindhárom említett területet fejleszt?
- Részben.Van saját csapatunk a kvantumkommunikációhoz, de van még két kutatócsoport Oroszországban. A kvantumszámítástechnikában ennek a nagy területnek néhány részét fejlesztjük, de nem az összeset. Ha a kvantumszámításról beszélünk, sokan nem egészen értik a probléma megfogalmazását. Egy kvantumszámítógép probléma megoldásához nem elég csak egy kvantumprocesszor. Tudni kell kezelni, és akkor kell egy operációs rendszer, algoritmusok - a teljes verem megoldásához.
- Milyen feladatok vannak most, ha egy számítógépről beszélünk - a qubit élettartam növelése? Ha figyelembe vesszük az IBM számítógép példáját.
- Nézd, amit most mondasz, az azelső szintű kérdés, hardver. Hogyan építsük fel magát a processzort, hogy megfelelően működjön. És számos különböző technológiai alapra lehet építeni - szupravezetés, vagy hideg atomok és hideg ionok. Nem világos, hogy melyikük nyer öt év múlva.
- Mindez egy megoldást fog-e elérni, nem minden technológia egyidejűleg a piacon lesz?
- Valószínűleg előbb-utóbb lesz valamiegyedül. Miért? Például a klasszikus processzorok mind ugyanarra a technológiára épülnek. Bár elméletileg másokat is lehetett készíteni. És ennek több oka is van – befektetés, hatékonyság és így tovább. Csak most nem világos, hogy melyik technológia fog nyerni. Vannak technológiai problémák a szupravezető qubitekkel, például az élettartammal, de nem ez az egyetlen probléma. Nagyon fontos a rögzítés és az olvasás pontossága is. És akkor - hogyan építsünk elég nagy méretezhető rendszert. Ez a fő kérdés. Számos paramétert kell kezelni. Képzeljük el, hogy jó processzort építettünk. A számítógép nem fog működni egy processzorral. Szükségünk van még hibajavító algoritmusokra, javító kódokra, szükségünk van a problémamegoldó algoritmusokra, magára az operációs rendszerre, programozási nyelvre, interfészre az ipar számára, hogy le tudja tölteni a problémát és megoldást kapjon.
- A processzorral egyidejűleg építhető?
- Természetesen ez megtörtént. Például, az emberek programozási nyelveket írnak egy absztrakt kvantum számítógéphez. Vagy kvantum algoritmusok a faktoring számokhoz, valami más - általában elvont kvantum számítógéphez, az úgynevezett univerzális számítógépekhez készülnek. Amikor az emberek írnak szoftvert, magas szintű programokat, nem gondolják, hogy melyik processzort fogják elvégezni, logikai szinten írnak. Hasonlóképpen, az algoritmusokat logikai szinten fejlesztjük ki.
A kvantum számítógépek még a mezőgazdaságban is jönnek
- Meg tudná mondani a kvantumérzékelőket?
– Egy példa a kvantumérzékelőre –szupravezető kvantumszámítógép Olyan szupravezető állapotban lévő láncot használ qubitként. És az a probléma az élettartammal, hogy bármilyen külső zavar lerombolja ezt az állapotot. Ha ugyanazt a konstrukciót használják az azt elpusztító külső mezők detektoraként, akkor a mágneses mezők nagyon pontosan mérhetők. A mágneses mezők legpontosabb mérése ugyanazzal a qubit technológiával történik, csak más formában. Használhat egyedi atomokat – például gyémántkristályba helyezett nitrogénatomokat. Olyan elszigetelten helyezkednek el, hogy ugyanazokat a mágneses tereket, hőmérsékletet vagy gravitációt lehessen velük mérni. Ez már a laboratóriumokban is megtörténik, de át kell térni az ipari termékekre. Ezek nagyon kicsi, energiatakarékos és érzékeny érzékelők lesznek.
- Az eligazítás végén azt mondtad, hogy a kvantumtechnológia minden ágban fog megjelenni. És miért minden iparágban? Analógiát készítettél a szokásos számítógépekkel, de sok iparágban a hétköznapi számítógépek megoldják az összes problémát.
-Igen ám, de amikor megjelentek a hagyományos számítógépek, nem volt szükség rájuk minden iparágban. 50 évvel ezelőtt nem mindenkinek volt szüksége számítógépre, és az emberek azt mondták: igen, nekem nincs rá szükségem. És ma nincs egyetlen ilyen iparág sem...
- Gondolod, hogy ugyanaz fog történni a kvantummal?
- Ha még van hatalma, fejúj kihívások jönnek. Itt is, például, mesterséges intelligencia - ahol szükséges, mindenhol vagy sem? Igen, szinte mindenhol. Ahogy egyre könnyebben hozzáférhetővé, egyszerűbbé, integrálhatóbbá és szélesebb körű problémák megoldására kerül sor, azt mindenütt használni fogják. A kvantum számítógép olyan, mint egy mögöttes technológia, amely megoldást nyújt a különböző problémákra. Mivel ez a technológia fejlődik, a mezőgazdaság, az ipari szektor és a bankszektor lesz.
- A 2024-es évről szólt. De ha beszélünk a technológiák megfizethetőségéről az üzleti életben, még a nagyok számára is, akkor milyen feltételekkel beszélhetünk arról, hogy az ilyen technológiákat a vállalatok hogyan tudják biztosítani?
– Itt egy probléma van: nem világos, mennyi kellideje megoldani a kvantumszámítógép skálázásának technológiai problémáit. Talán három év, talán több. Néha eljut a megvalósítás szakaszába, és olyan technikai problémát lát, amelynek megoldása több évig tart. Néha normálisan mozogsz. Eddig úgy tűnik, hogy van mozgás, de ez nem nyilvánvaló. Ezért öt év távlatában várhatóan költséghatékony megoldásokat fognak javasolni.
A hozzáférésről - nem mindenkinek kell megvásárolniakvantumszámítógép a kvantumszámítási képességek kipróbálásához. A technológia teszteléséhez az IBM felhő hozzáférést biztosít számítógépéhez. És itt javasoljuk, hogy az útiterv keretein belül lépjünk fel egy felhőalapú platform létrehozása felé. Annak érdekében, hogy mindenki megvizsgálhassa az áttörő technológiát számítógép nélkül
- Tehát egy olyan számítógép lesz, amelyet például az RCC-ben építettek fel, amelyet más szervezetek is elérhetnek?
- Nem feltétlenül az RCC-ben, bárhol lehetépítette A fő ötlet az, hogy ez a platform hozzáférést biztosít különböző számítógépekhez. Mivel most léteznek univerzális kvantum számítógépek, szimulátorok, vannak kvantum-inspirált klasszikus algoritmusok, csak klasszikus számítógépek vannak. A feladat jellegétől és összetettségétől függően hibákat küld a megfelelő rendszerre. Ahogy most is, van egy processzorunk, egy társprocesszor, és van egy grafikus processzor is. És mi a feladat, a rendszer határozza meg, hogy hol küldje el a megoldást. Tehát itt van: a feladattól függően a platformnak meg kell értenie, hogy hol lehet jobb megpróbálni megoldani. És nem egy számítógéppel, hanem többvel, és szimulátorokkal is dolgozni.
„Amikor megjelenik egy kvantum számítógép, akkor minden titkosítási rendszert megszakíthat.” Készen állunk erre a pillanatra?
- A kvantum kommunikáció ezzel szemben véd. Oroszországban megfelelő megoldásokat fejlesztettek ki különösen Qrate leányvállalatunk, az úgynevezett kvantumkulcs-elosztó berendezések. Ha holnap ez a probléma merül fel, akkor egy nap nem fog megoldani, mert időbe telik az infrastruktúra. Továbbá még mindig vannak új típusú algoritmusok - az úgynevezett post-kvantum-algoritmusok -, de még nem valósultak meg. Erőfeszítéseket teszünk a kvantum számítógépek teljes élesítésének megjelenítésére.
Kvantum kommunikáció- a továbbított adatokat védő kommunikációs hálózatokadatok a kvantummechanika alapvető törvényeinek felhasználásával. Ezek az úgynevezett kvantumkriptográfia gyakorlati megvalósítása. A kvantumszámítási és kriptográfiai rendszerek fontos elemét képezik. Lehetővé teszi az információ szállítását a fizikailag elkülönített kvantumrendszerek között. Az elosztott számítástechnikában a hálózat hálózati csomópontjai kvantumkapuként működve képesek információkat feldolgozni. A biztonságos adatátvitel kulcselosztási algoritmusok segítségével érhető el.
Kvantum-kriptográfia utáni üzenet- a kriptográfia megmaradt részerelevánsak a kvantumszámítógépek és a támadások megjelenésével. Mivel a kvantumszámítógépek lényegesen gyorsabbak a hagyományos kriptográfiai algoritmusok számítási sebességében, mint a klasszikus számítógépes architektúrák, a modern kriptográfiai rendszerek potenciálisan sebezhetővé válnak a támadásokkal szemben. A legtöbb hagyományos kriptorendszer egészszámú faktorizációs problémákra vagy diszkrét logaritmus-problémákra támaszkodik, amelyek könnyen megoldhatók elég nagy kvantumszámítógépeken a Shor-algoritmus segítségével.
- Azt mondja, hogy a kvantum technológiák öt éven belül elkezdenek bevezetni az üzletbe?
- A számítógépek megjelennek az ötéves horizonton,aki elkezdi megoldani az első költséghatékony problémákat. Ez a faktorizáció feladata - az egyik legnehezebb, az első szakaszban nem oldódik meg. Ehhez például nagyobb teljesítményre van szükség, mint néhány első anyag modellezéséhez. Az optimalizálási problémákra vonatkozó követelmények, talán kevesebb, mint a faktorizáció. Vagyis több tucat kvantum-algoritmus létezik, amelyek különböző problémákat oldanak meg. A Shor algoritmusa, amely a hackeléshez szükséges faktorizációt teszi, eléggé igényes.