Ruslan Yunusov— Algemeen directeur van het Russische Quantum Center. Cum laude afgestudeerd in de natuurkunde
RCCis een onderzoeksorganisatie dievoert fundamenteel en toegepast onderzoek uit op het gebied van de kwantumfysica, houdt zich bezig met het creëren en commercialiseren van nieuwe technologieën en apparaten gebaseerd op het gebruik van kwantumeffecten. Specialisten ontwikkelen ultragevoelige sensoren, optische microholtes, elementen van kwantumcomputers (qubits), maar ook kwantumcryptografiesystemen en andere. In 2016 was het Centrum het eerste in Rusland dat absoluut veilige communicatie via commerciële lijnen lanceerde; in mei 2017 lanceerde het het eerste multi-node kwantumnetwerk van het land en de eerste kwantumblockchain ter wereld.
Quantum processor, Russische ontwikkelingen en stack
- Wat omvat de routekaart voor de ontwikkeling van kwantumtechnologieën?
— De routekaart omvat drie hoofdlijnensubtechnologieën: quantum computing, d.w.z. quantumcomputer, quantumcommunicatie en quantumsensoren. Vanuit het perspectief van volwassenheid is kwantumcommunicatie tegenwoordig de meest competitieve in vergelijking met oplossingen ter wereld. De afgelopen drie jaar zijn we erin geslaagd de kloof met de leiders aanzienlijk te verkleinen, en we zijn ze nu aan het inhalen. Het doel tegen 2024 is om een oplossing van wereldklasse te maken en de wereldmarkt te betreden en het apparaat daar te verkopen. Ons doel waar we het over hebben is 8% van de wereldmarkt.
- RCC ontwikkelt alle drie de gebieden die u noemde?
- Gedeeltelijk.We hebben ons eigen team voor kwantumcommunicatie, maar er zijn nog twee onderzoeksgroepen in Rusland. Op het gebied van kwantumcomputing ontwikkelen we enkele delen van dit grote veld, maar niet alle. Als we het hebben over quantum computing, begrijpen veel mensen de formulering van het probleem niet helemaal goed. Om een probleem op een kwantumcomputer op te lossen, is het niet voldoende om alleen maar een kwantumprocessor te hebben. Je moet het kunnen beheren, en dan heb je een besturingssysteem en algoritmen nodig om de hele stapel op te lossen.
- Wat zijn de taken nu, als we over een computer praten - om de qubit-levensduur te verlengen? Als we het voorbeeld van een IBM-computer beschouwen.
- Kijk, wat je nu zegt isVraag op het eerste niveau, hardware. Hoe je de processor zelf zo bouwt dat deze goed werkt. En er zijn verschillende technologische grondslagen waarop het kan worden gebouwd: supergeleiding, of koude atomen en koude ionen. Het is onduidelijk wie van hen over vijf jaar zal winnen.
- Zal het allemaal tot één oplossing komen, zullen niet alle technologieën tegelijkertijd op de markt zijn?
- Hoogstwaarschijnlijk zal het vroeg of laat tot iets komenalleen. Waarom? Klassieke processors zijn bijvoorbeeld allemaal op dezelfde technologie gebouwd. Hoewel het theoretisch mogelijk was om er verschillende te maken. En daar zijn verschillende redenen voor: investeringen, efficiëntie enzovoort. Het is nu gewoon niet duidelijk welke technologie zal winnen. Er zijn technologische problemen met supergeleidende qubits, zoals de levensduur, maar dit is niet het enige probleem. Nauwkeurigheid van opnemen en lezen is ook erg belangrijk. En dan: hoe je een voldoende schaalbaar systeem bouwt. Dit is de belangrijkste vraag. Er zijn veel parameters die moeten worden aangepakt. Laten we ons voorstellen dat je een goede processor hebt gebouwd. Uw computer werkt niet op één processor. We hebben ook foutcorrectie-algoritmen nodig, correctiecodes, we hebben algoritmen nodig voor het oplossen van problemen, het besturingssysteem zelf, een programmeertaal, een interface voor de industrie zodat je het probleem kunt downloaden en een oplossing kunt krijgen.
- Kan het tegelijkertijd met de processor worden gebouwd?
- Natuurlijk is dit gedaan. Mensen schrijven bijvoorbeeld programmeertalen voor een abstracte quantumcomputer. Of quantum-algoritmen voor het tellen van cijfers, iets anders - ze zijn meestal gemaakt voor een abstracte quantumcomputer, de zogenaamde universele. Wanneer mensen software schrijven, programma's op hoog niveau, denken ze niet na over welke processor het zal worden gedaan, ze schrijven op logisch niveau. Evenzo worden algoritmen op logisch niveau ontwikkeld.
Kwantumcomputers komen zelfs in de landbouw
- Kun je ons vertellen over kwantumsensoren?
— Een voorbeeld van een kwantumsensor —supergeleidende kwantumcomputer Het gebruikt zo'n keten in een supergeleidende toestand als qubits. En het probleem met de levensduur is dat elke externe verstoring deze toestand vernietigt. Als hetzelfde ontwerp wordt gebruikt als detector van externe velden die het vernietigen, kunnen magnetische velden zeer nauwkeurig worden gemeten. Met dezelfde qubit-technologie worden de meest nauwkeurige metingen van magnetische velden uitgevoerd, alleen in een andere vorm. Je kunt individuele atomen gebruiken, bijvoorbeeld stikstofatomen die in een diamantkristal zijn geplaatst. Ze bevinden zich zo geïsoleerd dat ze kunnen worden gebruikt om dezelfde magnetische velden, of temperatuur, of zwaartekracht te meten. Dit gebeurt al in laboratoria, maar het is noodzakelijk om over te stappen op industriële producten. Het zullen hele kleine, energiezuinige en gevoelige sensoren zijn.
- Aan het einde van de briefing zei je dat het kwantumtechnologie komt in alle branches. En waarom zijn ze in alle industrieën? U hebt een analogie getekend met gewone computers, maar in veel sectoren lossen gewone computers alle problemen op.
-Ja, maar toen conventionele computers verschenen, waren ze niet in alle industrieën nodig. 50 jaar geleden had niet iedereen een computer nodig, en mensen zeiden: ja, ik heb er geen nodig. En vandaag de dag bestaat er niet één dergelijke industrie...
- Denk je dat hetzelfde zal gebeuren met de quantum?
- Ga door als je nog stroom hebtnieuwe uitdagingen komen. Ook hier, bijvoorbeeld, kunstmatige intelligentie - waar nodig, overal of niet? Ja, bijna overal. Net zoals het meer toegankelijk, eenvoudig, integreerbaar en een bredere klasse van problemen oplost, zal het overal worden gebruikt. Een kwantumcomputer is als een onderliggende technologie die een oplossing biedt voor verschillende problemen. Naarmate deze technologie zich verder ontwikkelt, komt deze terecht in de landbouw, de industriële sector en de banksector.
- U zei over het jaar 2024. Maar als we het hebben over de betaalbaarheid van technologieën voor bedrijven, zelfs grote, dan kunnen we het hebben over de voorwaarden wanneer dergelijke technologieën door bedrijven kunnen worden geboden?
– Er is hier één probleem: het is niet duidelijk hoeveel er nodig istijd om de technologische problemen van het opschalen van een kwantumcomputer op te lossen. Misschien drie jaar, misschien langer. Soms kom je in de implementatiefase en zie je een technisch probleem dat meerdere jaren zal duren om op te lossen. Soms beweeg je normaal. Tot nu toe lijkt er beweging te zijn, maar dat is niet duidelijk. Daarom wordt verwacht dat er over een periode van vijf jaar kosteneffectieve oplossingen zullen worden voorgesteld.
Over toegang - niet iedereen hoeft te kopenquantumcomputer om quantum computing-mogelijkheden uit te proberen. Al om de technologie te testen, geeft IBM cloudtoegang tot zijn computer. En hier stellen we voor, in het kader van de routekaart, om een cloudplatform te creëren. Zodat iedereen de baanbrekende technologie kan testen zonder een computer te kopen
- Dus het zal een computer zijn die gebouwd is, bijvoorbeeld bij de RCC, waartoe andere organisaties toegang hebben?
- Niet noodzakelijk in de RCC, het kan overal zijngebouwd door En het belangrijkste idee is dat dit platform toegang heeft tot verschillende computers. Omdat er nu universele kwantumcomputers zijn, simulatoren, zijn er op quantum geïnspireerde klassieke algoritmen, er zijn slechts klassieke computers. En afhankelijk van de aard en complexiteit van de taak, wordt deze voor fouten naar het overeenkomstige systeem gestuurd. Net als nu hebben we een processor, een co-processor erin, en er is ook een grafische processor. En over wat de taak is, bepaalt het systeem waar het naartoe moet worden gestuurd om het op te lossen. Dus het is hier: afhankelijk van de taak moet het platform begrijpen waar het beter is om het op te lossen. En om niet met één computer te werken, maar met meerdere, en ook met simulators.
"Wanneer een kwantumcomputer verschijnt, kan deze alle versleutelingssystemen kraken." Zijn we klaar voor dit moment?
- Kwantumcommunicatie beschermt hiertegen. In Rusland zijn passende oplossingen ontwikkeld, met name door onze dochteronderneming Qrate, de zogenaamde quantum key distribution-installaties. Als morgen dit probleem zich voordoet, zal het niet op één dag worden opgelost, omdat het tijd kost voor infrastructuur. Bovendien zijn er nog steeds nieuwe soorten algoritmen - de zogenaamde post-quantum-algoritmen - ze zijn ook nog niet geïmplementeerd. We doen ons best om de schijn van kwantumcomputers volledig gewapend te ontmoeten.
Quantum communicatie- communicatienetwerken die verzonden gegevens beschermendata met behulp van de fundamentele wetten van de kwantummechanica. Ze zijn een praktische implementatie van de zogenaamde kwantumcryptografie. Ze vormen een belangrijk onderdeel van kwantumcomputer- en cryptografiesystemen. Maakt het transport van informatie tussen fysiek gescheiden kwantumsystemen mogelijk. Bij gedistribueerd computergebruik kunnen netwerkknooppunten in een netwerk informatie verwerken door als kwantumpoorten te fungeren. Veilige gegevensoverdracht kan worden bereikt met behulp van algoritmen voor sleuteldistributie.
Post Quantum Cryptography- het deel van de cryptografie dat overblijftrelevant met de komst van kwantumcomputers en aanvallen. Omdat kwantumcomputers aanzienlijk sneller zijn dan klassieke computerarchitecturen wat betreft de rekensnelheid van traditionele cryptografische algoritmen, worden moderne cryptografische systemen potentieel kwetsbaar voor aanvallen. De meeste traditionele cryptosystemen zijn afhankelijk van factorisatieproblemen van gehele getallen of discrete logaritmeproblemen, die gemakkelijk oplosbaar zouden zijn op kwantumcomputers die groot genoeg zijn met behulp van het algoritme van Shor.
- U zegt dat kwantumtechnologieën binnen vijf jaar in het bedrijf geïntroduceerd zullen worden?
- Computers verschijnen aan de horizon van vijf jaar,wie zal beginnen met het oplossen van de eerste kosteneffectieve problemen. Dit is de taak van factorisatie - een van de moeilijkste, het zal niet in de eerste fase worden opgelost. Er is bijvoorbeeld meer kracht voor nodig dan voor het modelleren van sommige eerste materialen. De vereisten voor optimalisatieproblemen, misschien minder dan voor ontbinding. Dat wil zeggen, er zijn nu enkele tientallen quantum-algoritmen die verschillende problemen oplossen. Het algoritme van Shor, dat ontbinding in factoren doet, zal behoorlijk veeleisend zijn.