Ruslan Yunusov— Krievijas kvantu centra ģenerāldirektors. Fiziku absolvējis ar izcilību
RCCir pētniecības organizācija, kasveic fundamentālos un lietišķos pētījumus kvantu fizikas jomā, nodarbojas ar jaunu tehnoloģiju un ierīču radīšanu un komercializāciju, kas balstītas uz kvantu efektu izmantošanu. Speciālisti izstrādā īpaši jutīgus sensorus, optiskos mikrodobumus, kvantu datoru elementus (kubitus), kā arī kvantu kriptogrāfijas sistēmas un citus. 2016. gadā centrs bija pirmais Krievijā, kas uzsāka absolūti drošus sakarus pa komerciālajām līnijām, 2017. gada maijā tas ieviesa valstī pirmo daudzmezglu kvantu tīklu un pasaulē pirmo kvantu blokķēdi.
Kvantu procesors, Krievijas attīstība un kaudze
- Ko ietver ceļvedis kvantu tehnoloģiju attīstībai?
— Ceļvedis ietver trīs galvenosapakštehnoloģijas: kvantu skaitļošana, t.i., kvantu dators, kvantu sakari un kvantu sensori. Runājot no brieduma viedokļa, kvantu komunikācijas mūsdienās ir viskonkurētspējīgākās salīdzinājumā ar risinājumiem pasaulē. Pēdējo trīs gadu laikā mums ir izdevies ievērojami samazināt atšķirību no līderiem, un tagad mēs viņus panākam. Mērķis līdz 2024. gadam ir izveidot pasaules līmeņa risinājumu un iekļūt pasaules tirgos un pārdot ierīci tur. Mūsu mērķis, par kuru mēs runājam, ir 8% no pasaules tirgus.
- RCC izstrādā visas trīs jūsu pieminētās jomas?
- Daļēji.Mums ir sava komanda kvantu komunikācijām, bet Krievijā ir vēl divas pētniecības grupas. Kvantu skaitļošanā mēs attīstām dažas šī lielā lauka daļas, bet ne visas. Ja mēs runājam par kvantu skaitļošanu, daudzi cilvēki ne visai pareizi saprot problēmas formulējumu. Lai atrisinātu problēmu kvantu datorā, nepietiek tikai ar kvantu procesoru. Jums ir jāspēj to pārvaldīt, un tad jums ir jābūt operētājsistēmai, algoritmiem - lai atrisinātu visu steku.
- Kādi ir uzdevumi tagad, ja mēs runājam par datoru - lai palielinātu qubit dzīves laiku? Ja mēs ņemam vērā IBM datora piemēru.
- Paskaties, tas, ko tu tagad saki, irpirmā līmeņa jautājums, aparatūra. Kā izveidot pašu procesoru, lai tas darbotos pareizi. Un ir vairākas dažādas tehnoloģiskās bāzes, uz kurām to var būvēt - supravadītspēja, vai aukstie atomi un aukstie joni. Nav skaidrs, kurš no viņiem uzvarēs pēc pieciem gadiem.
- Vai tas viss nonāks vienā risinājumā, vai ne visas tehnoloģijas būs vienlaicīgi tirgū?
– Visticamāk, agri vai vēlu kaut kas sanāksvienatnē. Kāpēc? Piemēram, visi klasiskie procesori ir veidoti, izmantojot vienu un to pašu tehnoloģiju. Lai gan teorētiski varēja uztaisīt dažādas. Un tam ir vairāki iemesli – investīcijas, efektivitāte un tā tālāk. Tikai tagad nav skaidrs, kura tehnoloģija uzvarēs. Ir tehnoloģiskas problēmas ar supravadošiem kubitiem, piemēram, kalpošanas laiks, taču tā nav vienīgā problēma. Ļoti svarīga ir arī ierakstīšanas un nolasīšanas precizitāte. Un tad – kā uzbūvēt pietiekami lielu mērogojamu sistēmu. Tas ir galvenais jautājums. Ir daudz parametru, kas jārisina. Iedomāsimies, ka esat izveidojis labu procesoru. Jūsu dators nedarbosies ar vienu procesoru. Vajadzīgi arī kļūdu labošanas algoritmi, labojumu kodi, nepieciešami algoritmi problēmu risināšanai, pati operētājsistēma, programmēšanas valoda, interfeiss nozarei, lai varētu lejupielādēt problēmu un saņemt risinājumu.
- To var izveidot vienlaikus ar procesoru?
- Protams, tas tiek darīts. Piemēram, cilvēki raksta programmēšanas valodas abstraktajam kvantu datoram. Vai kvantu algoritmi skaitļu skaitīšanai, kaut kas cits - tie parasti tiek veidoti abstraktajam kvantu datoram, tā saucamajam universālajam. Kad cilvēki raksta programmatūru, augsta līmeņa programmas, viņi nedomā, kurš procesors tiks darīts, viņi raksta loģikas līmenī. Tāpat algoritmi tiek izstrādāti loģiskā līmenī.
Kvantu datori būs pat lauksaimniecībā
- Vai jūs varat mums pastāstīt par kvantu sensoriem?
— Viens kvantu sensora piemērs —supravadošs kvantu dators Tas izmanto šādu ķēdi supravadītā stāvoklī kā kubitus. Un mūža problēma ir tā, ka jebkuri ārējie traucējumi iznīcina šo stāvokli. Ja to pašu dizainu izmanto kā ārējo lauku detektoru, kas to iznīcina, tad magnētiskos laukus var izmērīt ļoti precīzi. Visprecīzākie magnētisko lauku mērījumi tiek veikti, izmantojot šo pašu kubitu tehnoloģiju, tikai citā formā. Var izmantot atsevišķus atomus – piemēram, slāpekļa atomus, kas ievietoti dimanta kristālā. Tie atrodas tik izolēti, ka ar tiem var izmērīt vienus un tos pašus magnētiskos laukus, temperatūru vai gravitāciju. Tas jau notiek laboratorijās, bet ir jāpāriet pie industriālajiem produktiem. Tie būs ļoti mazi, energoefektīvi un jutīgi sensori.
- Pēc instruktāžas beigām jūs teicāt, ka šis skaitlisvisās nozarēs. Un kāpēc viņi ir visās nozarēs? Jūs esat izstrādājis analoģiju ar parastajiem datoriem, bet daudzās nozarēs parastie datori atrisina visas problēmas.
-Jā, bet, kad parādījās parastie datori, tie nebija vajadzīgi visās nozarēs. Pirms 50 gadiem ne visiem bija vajadzīgs dators, un cilvēki teica: jā, man tas nav vajadzīgs. Un šodien nav nevienas tādas nozares...
- Vai jūs domājat, ka tas pats notiks ar kvantu?
- Kad jums vēl ir vara, galvujauni izaicinājumi. Arī šeit, piemēram, mākslīgais intelekts - ja nepieciešams, visur vai ne? Jā, gandrīz visur. Tā kā tā kļūst pieejamāka, vienkāršāka, integrējama un atrisina plašāku problēmu loku, tā tiks izmantota visur. Kvantu dators ir kā pamatā esoša tehnoloģija, kas nodrošina risinājumu dažādām problēmām. Tā kā šī tehnoloģija attīstās, tā nonāks lauksaimniecībā, rūpniecības nozarē un banku sektorā.
- Jūs teicāt par gadu 2024. Bet, ja mēs runājam par tehnoloģiju pieejamību uzņēmumiem, pat lieliem, tad kādus noteikumus mēs varam runāt par to, kad šādas tehnoloģijas var nodrošināt uzņēmumi?
— Šeit ir viena problēma: nav skaidrs, cik daudz vajaglaiks atrisināt kvantu datora mērogošanas tehnoloģiskās problēmas. Varbūt trīs gadus, varbūt vairāk. Dažreiz jūs nokļūstat ieviešanas stadijā un redzat tehnisku problēmu, kuras atrisināšana prasīs vairākus gadus. Dažreiz jūs pārvietojat normāli. Līdz šim šķiet, ka kustība ir, bet tā nav acīmredzama. Tāpēc piecu gadu periodā ir sagaidāms, ka tiks piedāvāti rentabli risinājumi.
Par piekļuvi - ne visi būs jāpērkkvantu datoru, lai izmēģinātu kvantu skaitļošanas iespējas. Jau, lai pārbaudītu tehnoloģiju, IBM nodrošina mākoņu piekļuvi savam datoram. Un šajā ceļvedī mēs ierosinām virzīties uz mākoņa platformas izveidi. Lai ikviens varētu pārbaudīt izrāvienu tehnoloģiju, nepērkot datoru
- Tātad tas būs dators, kas būvēts, piemēram, RCC, ko var piekļūt citas organizācijas?
- ne vienmēr RCC, tas var būt jebkurbūvēts Un galvenā ideja ir, ka šī platforma varēs piekļūt dažādiem datoriem. Tā kā tagad ir universālie kvantu datori, simulatori, ir kvantu iedvesmoti klasiskie algoritmi, ir tikai klasiski datori. Atkarībā no uzdevuma rakstura un sarežģītības, tā tiek nosūtīta kļūdām atbilstošajā sistēmā. Tāpat kā tagad, mums ir procesors, tā iekšprocesors un arī grafikas procesors. Un par to, kas ir uzdevums, sistēma nosaka, kur to nosūtīt, lai to atrisinātu. Tātad tas ir šeit: atkarībā no uzdevuma, platformai ir jāsaprot, kur labāk to mēģināt atrisināt. Un strādāt ne ar vienu datoru, bet ar vairākiem, kā arī ar simulatoriem.
"Kad parādās kvantu dators, tas var kreka visas šifrēšanas sistēmas." Vai mēs esam gatavi šim brīdim?
- Kvantu komunikācijas aizsargā pret to. Krievijā ir izstrādāti piemēroti risinājumi, jo īpaši mūsu meitasuzņēmuma Qrate, tā dēvēto kvantu atslēgu sadales iekārtu. Ja rīt šī problēma rodas, tā netiks atrisināta vienā dienā, jo tai vajadzīgs laiks infrastruktūrai. Turklāt vēl ir jauni algoritmu veidi - tā saucamie post-kvantu algoritmi - tie vēl nav īstenoti. Mēs pieliekam pūles, lai apmierinātu kvantu datorus, kas ir pilnībā bruņoti.
Kvantu sakari- sakaru tīkli, kas aizsargā pārsūtītos datusdatus, izmantojot kvantu mehānikas pamatlikumus. Tie ir tā sauktās kvantu kriptogrāfijas praktiska īstenošana. Tie ir svarīgs kvantu skaitļošanas un kriptogrāfijas sistēmu elements. Ļauj pārsūtīt informāciju starp fiziski atdalītām kvantu sistēmām. Izkliedētā skaitļošanā tīkla mezgli tīklā var apstrādāt informāciju, darbojoties kā kvantu vārti. Drošu datu pārsūtīšanu var panākt, izmantojot atslēgu izplatīšanas algoritmus.
Post Quantum kriptogrāfija- kriptogrāfijas daļa, kas paliekkas attiecas uz kvantu datoru un uzbrukumu parādīšanos. Tā kā kvantu datori ir ievērojami ātrāki nekā klasiskās datoru arhitektūras tradicionālo kriptogrāfijas algoritmu skaitļošanas ātrumā, mūsdienu kriptogrāfijas sistēmas kļūst potenciāli neaizsargātas pret uzbrukumiem. Lielākā daļa tradicionālo kriptosistēmu balstās uz veselu skaitļu faktorizācijas problēmām vai diskrētu logaritmu problēmām, kuras būtu viegli atrisināmas pietiekami lielos kvantu datoros, izmantojot Šora algoritmu.
- Jūs sakāt, ka kvantu tehnoloģijas tiks uzsāktas uzņēmējdarbībā piecu gadu laikā?
- Datori parādīsies piecu gadu laikā,kas sāks risināt pirmās rentablas problēmas. Tas ir faktorizācijas uzdevums - viens no sarežģītākajiem, tas netiks atrisināts pirmajā posmā. Piemēram, nepieciešama lielāka jauda nekā dažu pirmo materiālu modelēšanai. Prasības optimizācijas problēmām, varbūt mazāk nekā faktorizācijai. Tas ir, tagad ir vairāki desmiti kvantu algoritmu, kas risina dažādas problēmas. Šora algoritms, kas faktiski iznīcinās, ir diezgan prasīgs.