Ruslan Yunusov— Direttore generale del Centro quantistico russo. Laureato con lode in fisica
RCCè un organismo di ricerca checonduce ricerca fondamentale e applicata nel campo della fisica quantistica, è impegnata nella creazione e commercializzazione di nuove tecnologie e dispositivi basati sull'uso degli effetti quantistici. Gli specialisti stanno sviluppando sensori ultrasensibili, microcavità ottiche, elementi di computer quantistici (qubit), nonché sistemi di crittografia quantistica e altri. Nel 2016, il Centro è stato il primo in Russia a lanciare comunicazioni assolutamente sicure su linee commerciali, nel maggio 2017 ha lanciato la prima rete quantistica multinodo del paese e la prima blockchain quantistica al mondo;
Processore quantico, sviluppi russi e stack
- Che cosa include la tabella di marcia per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche?
— La tabella di marcia comprende tre principalisottotecnologie: calcolo quantistico, ovvero computer quantistico, comunicazioni quantistiche e sensori quantistici. Parlando dal punto di vista della maturità, le comunicazioni quantistiche oggi sono le più competitive rispetto alle soluzioni del mondo. Negli ultimi tre anni siamo riusciti a ridurre notevolmente il divario dai leader e ora li stiamo recuperando. L’obiettivo entro il 2024 è realizzare una soluzione di livello mondiale ed entrare nei mercati mondiali e vendere lì il dispositivo. Il nostro obiettivo di cui stiamo parlando è l'8% del mercato globale.
- RCC sviluppa tutte e tre le aree che hai citato?
- Parzialmente.Abbiamo il nostro team per le comunicazioni quantistiche, ma ci sono altri due gruppi di ricerca in Russia. Nell’informatica quantistica stiamo sviluppando alcune parti di questo vasto campo, ma non tutte. Se parliamo di informatica quantistica, molte persone non comprendono del tutto correttamente la formulazione del problema. Per risolvere un problema su un computer quantistico non basta avere solo un processore quantistico. Devi essere in grado di gestirlo, e poi devi avere un sistema operativo e algoritmi per risolvere l'intero stack.
- Quali sono i compiti ora, se parliamo di un computer - per aumentare il tempo di vita del qubit? Se consideriamo l'esempio di un computer IBM.
- Guarda, quello che stai dicendo adesso lo èdomanda di primo livello, hardware. Come costruire il processore stesso in modo che funzioni correttamente. E ci sono diverse basi tecnologiche su cui può essere costruito: superconduttività, oppure atomi freddi e ioni freddi. Non è chiaro chi dei due vincerà tra cinque anni.
- Verrà tutto in un'unica soluzione, non tutte le tecnologie saranno sul mercato allo stesso tempo?
- Molto probabilmente, prima o poi si arriverà a qualcosasolo. Perché? Ad esempio, i processori classici sono tutti basati sulla stessa tecnologia. Anche se teoricamente era possibile realizzarne di diversi. E ci sono diverse ragioni per questo: investimenti, efficienza e così via. Al momento non è chiaro quale tecnologia vincerà. Ci sono problemi tecnologici con i qubit superconduttori, come la durata, ma questo non è l’unico problema. Anche la precisione della registrazione e della lettura è molto importante. E poi: come costruire un sistema scalabile sufficientemente grande. Questa è la domanda principale. Ci sono molti parametri che devono essere affrontati. Immaginiamo che tu abbia costruito un buon processore. Il tuo computer non funzionerà con un processore. Abbiamo anche bisogno di algoritmi di correzione degli errori, codici di correzione, abbiamo bisogno di algoritmi per risolvere i problemi, del sistema operativo stesso, di un linguaggio di programmazione, di un'interfaccia per l'industria in modo da poter scaricare il problema e ottenere una soluzione.
- Può essere costruito contemporaneamente al processore?
- Certo, questo è fatto. Ad esempio, le persone scrivono linguaggi di programmazione per un computer quantistico astratto. O algoritmi quantistici per numeri di factoring, qualcos'altro - sono generalmente realizzati per un computer quantistico astratto, il cosiddetto universale. Quando le persone scrivono software, programmi di alto livello, non pensano a quale processore verrà eseguito, scrivono a livello logico. Allo stesso modo, gli algoritmi sono sviluppati a livello logico.
I computer quantistici arriveranno anche in agricoltura
- Puoi parlarci dei sensori quantici?
— Un esempio di sensore quantistico —computer quantistico superconduttore Utilizza una tale catena in uno stato superconduttore come qubit. E il problema con la vita è che qualsiasi disturbo esterno distrugge questo stato. Se lo stesso design viene utilizzato come rilevatore di campi esterni che lo distruggono, i campi magnetici possono essere misurati in modo molto accurato. Le misurazioni più accurate dei campi magnetici vengono effettuate utilizzando la stessa tecnologia qubit, solo in una forma diversa. È possibile utilizzare atomi individuali, ad esempio atomi di azoto collocati in un cristallo di diamante. Si trovano così isolati che possono essere utilizzati per misurare gli stessi campi magnetici, temperatura o gravità. Questo già avviene nei laboratori, ma è necessario passare ai prodotti industriali. Si tratterà di sensori molto piccoli, efficienti dal punto di vista energetico e sensibili.
- Alla fine del briefing hai detto che il quantumla tecnologia arriverà in tutti i rami. E perché sono in tutti i settori? Hai tracciato un'analogia con i computer ordinari, ma in molti settori, i computer ordinari risolvono tutti i problemi.
-Sì, ma quando apparvero i computer convenzionali, non erano più necessari in tutti i settori. 50 anni fa non tutti avevano bisogno di un computer e la gente diceva: sì, non ne ho bisogno. E oggi non esiste una sola industria del genere...
- Pensi che la stessa cosa accadrà a quella quantistica?
- Quando hai ancora energia, testanuove sfide arrivano. Anche qui, ad esempio, l'intelligenza artificiale - dove necessario, ovunque o no? Sì, quasi ovunque. Così come diventa più accessibile, semplice, integrabile e risolve una più ampia classe di problemi, sarà usato ovunque. Un computer quantico è come una tecnologia sottostante che fornisce una soluzione a vari problemi. Mentre questa tecnologia si sviluppa, arriverà all'agricoltura, al settore industriale e al settore bancario.
- Hai detto per l'anno 2024. Ma se parliamo della convenienza delle tecnologie per le imprese, anche di grandi dimensioni, allora di quali termini possiamo parlare quando tali tecnologie possono essere offerte dalle aziende?
— Qui c’è un problema: non è chiaro quanto ce ne sia bisognotempo per risolvere i problemi tecnologici di scalabilità di un computer quantistico. Forse tre anni, forse di più. A volte si arriva alla fase di implementazione e si vede un problema tecnico che richiederà diversi anni per essere risolto. A volte ti muovi normalmente. Finora sembra che ci sia movimento, ma non è ovvio. Pertanto, nell’arco di cinque anni, si prevede che verranno proposte soluzioni economicamente vantaggiose.
Informazioni sull'accesso: non tutti avranno bisogno di acquistarecomputer quantistico per provare le capacità di calcolo quantistico. Già, al fine di testare la tecnologia, IBM offre l'accesso al cloud al suo computer. E qui proponiamo, nel quadro della roadmap, di procedere verso la creazione di una piattaforma cloud. In modo che tutti possano testare la tecnologia rivoluzionaria senza dover acquistare un computer
- Quindi sarà un computer costruito, ad esempio, al RCC, a cui possono accedere altre organizzazioni?
- Non necessariamente nel RCC, può essere ovunquecostruito da E l'idea principale è che questa piattaforma avrà accesso a diversi computer. Perché ora ci sono computer quantistici universali, simulatori, ci sono algoritmi classici di ispirazione quantistica, ci sono solo computer classici. E a seconda della natura e della complessità dell'attività, viene inviato per errori al sistema corrispondente. Proprio come adesso, abbiamo un processore, un coprocessore al suo interno, e c'è anche un processore grafico. E su quale sia il compito, il sistema determina dove inviarlo per risolvere. Quindi è qui: a seconda del compito, la piattaforma dovrebbe capire dove è meglio cercare di risolverlo. E lavorare non con un computer, ma con diversi, e anche con i simulatori.
"Quando appare un computer quantistico, può rompere tutti i sistemi di crittografia." Siamo pronti per questo momento?
- Le comunicazioni quantistiche proteggono da questo. In Russia sono state sviluppate soluzioni appropriate, in particolare dalla nostra controllata Qrate, le cosiddette installazioni di distribuzione di chiavi quantiche. Se domani si presenta questo problema, non sarà risolto in un giorno, perché ci vuole tempo per le infrastrutture. Inoltre, ci sono ancora nuovi tipi di algoritmi - i cosiddetti algoritmi post-quantici - che non sono ancora stati implementati. Stiamo facendo sforzi per soddisfare l'aspetto di computer quantistici armati completamente.
Comunicazioni quantistiche- reti di comunicazione che proteggono i dati trasmessidati utilizzando le leggi fondamentali della meccanica quantistica. Sono un’implementazione pratica della cosiddetta crittografia quantistica. Costituiscono un elemento importante dei sistemi di calcolo e crittografia quantistica. Consente il trasporto di informazioni tra sistemi quantistici fisicamente separati. Nel calcolo distribuito, i nodi di una rete possono elaborare le informazioni agendo come porte quantistiche. Il trasferimento sicuro dei dati può essere ottenuto utilizzando algoritmi di distribuzione delle chiavi.
Post Quantum Cryptography- la parte della crittografia che rimanerilevanti con l’avvento dei computer quantistici e degli attacchi. Poiché i computer quantistici sono significativamente più veloci delle architetture informatiche classiche nella velocità di calcolo degli algoritmi crittografici tradizionali, i moderni sistemi crittografici diventano potenzialmente vulnerabili agli attacchi. La maggior parte dei crittosistemi tradizionali si basa su problemi di fattorizzazione di numeri interi o problemi di logaritmi discreti, che sarebbero facilmente risolvibili su computer quantistici sufficientemente grandi utilizzando l'algoritmo di Shor.
- Dici che le tecnologie quantistiche inizieranno ad essere introdotte nel business entro cinque anni?
- I computer appariranno all'orizzonte di cinque anni,chi comincerà a risolvere i primi problemi economicamente vantaggiosi. Questo è il compito della fattorizzazione - uno dei più difficili, non sarà risolto nella prima fase. Ad esempio, è necessaria più potenza rispetto alla modellazione di alcuni primi materiali. I requisiti per i problemi di ottimizzazione, forse meno che per la fattorizzazione. Cioè, ora ci sono diverse dozzine di algoritmi quantistici che risolvono problemi diversi. L'algoritmo di Shor, che fa la fattorizzazione che taglierà, è piuttosto impegnativo.