Ruslan Yunusov— Generaldirektør for det russiske kvantesenteret. Uteksaminert med utmerkelser i fysikk
RCCer en forskningsorganisasjon somdriver grunnleggende og anvendt forskning innen kvantefysikk, er engasjert i etablering og kommersialisering av nye teknologier og enheter basert på bruk av kvanteeffekter. Spesialister utvikler ultrasensitive sensorer, optiske mikrohulrom, elementer av kvantedatamaskiner (qubits), samt kvantekryptografisystemer og andre. I 2016 var senteret det første i Russland som lanserte absolutt sikker kommunikasjon på kommersielle linjer; i mai 2017 lanserte det landets første multi-node kvantenettverk og verdens første kvanteblokkjede.
Kvantum prosessor, russisk utvikling og stabling
- Hva inneholder køreplanen for utvikling av kvanteteknologi?
— Veikartet inkluderer tre hovedlinjerunderteknologier: kvanteberegning, dvs. kvantedatamaskin, kvantekommunikasjon og kvantesensorer. Når vi snakker fra et modenhetssynspunkt, er kvantekommunikasjon i dag den mest konkurransedyktige sammenlignet med løsninger i verden. I løpet av de siste tre årene har vi klart å redusere gapet fra lederne kraftig, og vi tar dem nå igjen. Målet innen 2024 er å lage en løsning i verdensklasse og komme inn på verdensmarkeder og selge enheten der. Målet vårt som vi snakker om er 8 % av det globale markedet.
- RCC utvikler alle tre områdene du nevnte?
- Delvis.Vi har vårt eget team for kvantekommunikasjon, men det er ytterligere to forskningsgrupper i Russland. Innen kvanteberegning utvikler vi noen deler av dette store feltet, men ikke alle. Hvis vi snakker om kvanteberegning, er det mange som ikke helt forstår problemformuleringen. For å løse et problem på en kvantedatamaskin er det ikke nok å bare ha en kvanteprosessor. Du må kunne administrere det, og så må du ha et operativsystem, algoritmer - for å løse hele stabelen.
- Hva er oppgavene nå, hvis vi snakker om en datamaskin - for å øke qubit-levetiden? Hvis vi ser på eksemplet på en IBM-datamaskin.
– Se, det du sier nå erførste nivå spørsmål, maskinvare. Hvordan bygge selve prosessoren slik at den fungerer som den skal. Og det er flere forskjellige teknologiske grunnlag den kan bygges på - superledning, eller kalde atomer og kalde ioner. Det er uklart hvem av dem som vinner om fem år.
- Vil alt kommer til en løsning, vil ikke alle teknologier være på markedet samtidig?
– Mest sannsynlig kommer det før eller siden til noealene. Hvorfor? For eksempel er klassiske prosessorer alle bygget på samme teknologi. Selv om det teoretisk var mulig å lage forskjellige. Og det er flere grunner til dette – investering, effektivitet og så videre. Det er bare ikke klart nå hvilken teknologi som vil vinne. Det er teknologiske problemer med superledende qubits, for eksempel levetid, men dette er ikke det eneste problemet. Nøyaktighet i opptak og lesing er også svært viktig. Og så - hvordan bygge et stort nok skalerbart system. Dette er hovedspørsmålet. Det er mange parametere som må adresseres. La oss forestille oss at du har bygget en god prosessor. Datamaskinen din vil ikke fungere på én prosessor. Vi trenger også feilrettingsalgoritmer, korreksjonskoder, vi trenger algoritmer for å løse problemer, selve operativsystemet, et programmeringsspråk, et grensesnitt for industrien slik at du kan laste ned problemet og få en løsning.
- Det kan bygges samtidig med prosessoren?
- Selvfølgelig er dette gjort. For eksempel skriver folk programmeringsspråk for en abstrakt quantum-datamaskin. Eller kvantalgoritmer for factoring tall, noe annet - de er vanligvis laget for en abstrakt quantum datamaskin, den såkalte universelle. Når folk skriver programvare, høyt nivå programmer, tenker de ikke på hvilken prosessor det vil bli gjort, de skriver på logisk nivå. På samme måte utvikles algoritmer på logisk nivå.
Kvantum datamaskiner kommer til og med i landbruket
- Kan du fortelle oss om kvantesensorer?
— Ett eksempel på en kvantesensor —superledende kvantedatamaskin Den bruker en slik kjede i en superledende tilstand som qubits. Og problemet med levetiden er at eventuelle ytre forstyrrelser ødelegger denne tilstanden. Hvis det samme designet brukes som en detektor for eksterne felt som ødelegger det, kan magnetiske felt måles svært nøyaktig. De mest nøyaktige målingene av magnetiske felt utføres ved hjelp av den samme qubit-teknologien, bare i en annen form. Du kan bruke individuelle atomer - for eksempel nitrogenatomer plassert i en diamantkrystall. De er plassert så isolert at de kan brukes til å måle de samme magnetfeltene, eller temperaturen eller tyngdekraften. Dette skjer allerede i laboratorier, men det er nødvendig å gå videre til industriprodukter. Dette vil være svært små, energieffektive og følsomme sensorer.
- På slutten av briefingen sa du at kvantenteknologien kommer i alle bransjer. Og hvorfor er de i alle bransjer? Du har tegnet en analogi med vanlige datamaskiner, men i mange bransjer løser vanlige datamaskiner alle problemer.
-Ja, men da konvensjonelle datamaskiner dukket opp, var de ikke nødvendig i alle bransjer. For 50 år siden trengte ikke alle en datamaskin, og folk sa, ja, jeg trenger ikke en. Og i dag er det ikke en eneste slik industri...
- Tror du det samme vil skje med kvantaen?
- Når du fortsatt har strøm, hodenye utfordringer kommer. Også her, for eksempel, kunstig intelligens - hvor det er nødvendig, overalt eller ikke? Ja, nesten overalt. Akkurat som det blir mer tilgjengelig, enkelt, integrert og løser en bredere klasse problemer, blir den brukt overalt. En kvantecomputer er som en underliggende teknologi som gir en løsning på ulike problemer. Etter hvert som denne teknologien utvikler seg, kommer den til jordbruk, industrisektoren og banksektoren.
- Du sa om året 2024. Men hvis vi snakker om overkommelige teknologier for virksomheten, selv store, så hvilke vilkår kan vi snakke om når slike teknologier kan gis av bedrifter?
— Det er ett problem her: det er ikke klart hvor mye som trengstid til å løse teknologiske problemer med å skalere en kvantedatamaskin. Kanskje tre år, kanskje mer. Noen ganger kommer du til implementeringsstadiet og ser et teknisk problem som vil ta flere år å løse. Noen ganger beveger du deg normalt. Så langt ser det ut til å være bevegelse, men det er ikke åpenbart. Det forventes derfor over en femårshorisont at det foreslås kostnadseffektive løsninger.
Om tilgang - ikke alle trenger å kjøpekvante datamaskiner for å prøve kvantum databehandling evner. Allerede, for å teste teknologien, gir IBM tilgang til skyen på datamaskinen. Og her foreslår vi, innenfor rammen av veikart, å bevege seg mot å skape en skyplattform. Slik at alle kan teste gjennombruddsteknologien uten å kjøpe en datamaskin
- Så det blir en datamaskin bygget, for eksempel på RCC, hvilke andre organisasjoner kan få tilgang til?
- Ikke nødvendigvis i RCC, kan det være hvor som helstbygget av Og hovedidéen er at denne plattformen har tilgang til forskjellige datamaskiner. Fordi nå er det universelle kvante datamaskiner, simulatorer, er det kvantum-inspirerte klassiske algoritmer, det er bare klassiske datamaskiner. Og avhengig av oppgavets natur og kompleksitet, sendes det for feil til det tilsvarende systemet. Akkurat som nå har vi en prosessor, en samprosessor inne i den, og det er også en grafikkprosessor. Og på hva oppgaven er, bestemmer systemet hvor du skal sende det for å løse. Så her: Plasseringen skal, avhengig av oppgaven, forstå hvor det er bedre å prøve å løse det. Og å jobbe ikke med en datamaskin, men med flere, og også med simulatorer.
"Når en kvantecomputer vises, kan den sprekke alle krypteringssystemene." Er vi klar for dette øyeblikket?
- Kvantum kommunikasjon beskytter mot dette. I Russland har det blitt utviklet hensiktsmessige løsninger, spesielt av datterselskapet Qrate, de såkalte quantum key distribusjonsinstallasjonene. Hvis i morgen dette problemet oppstår, vil det ikke bli løst på en dag, fordi det tar tid for infrastruktur. Dessuten er det fortsatt nye typer algoritmer - de såkalte postkvantumalgoritmene - de har heller ikke blitt implementert heller. Vi arbeider for å møte utseendet på kvante datamaskiner som er fullt bevæpnet.
Quantum kommunikasjon- kommunikasjonsnettverk som beskytter overførte datadata ved hjelp av kvantemekanikkens grunnleggende lover. De er en praktisk implementering av den såkalte kvantekryptografien. De utgjør et viktig element i kvantedatabehandling og kryptografisystemer. Tillater transport av informasjon mellom fysisk adskilte kvantesystemer. I distribuert databehandling kan nettverksnoder i et nettverk behandle informasjon ved å fungere som kvanteporter. Sikker dataoverføring kan oppnås ved hjelp av nøkkeldistribusjonsalgoritmer.
Post Quantum Cryptography- den delen av kryptografien som gjenstårrelevant med fremkomsten av kvantedatamaskiner og angrep. Siden kvantedatamaskiner er betydelig raskere enn klassiske dataarkitekturer når det gjelder datahastighet til tradisjonelle kryptografiske algoritmer, blir moderne kryptografiske systemer potensielt sårbare for angrep. De fleste tradisjonelle kryptosystemer er avhengige av heltallsfaktoriseringsproblemer eller diskrete logaritmeproblemer, som lett kan løses på store nok kvantedatamaskiner ved å bruke Shors algoritme.
- Du sier at kvante teknologier vil begynne å bli introdusert i virksomheten innen fem år?
- Datamaskiner vil dukke opp i fem år,hvem vil begynne å løse de første kostnadseffektive problemene. Dette er oppgaven med faktorisering - en av de vanskeligste, det vil ikke bli løst i første fase. For det, for eksempel, er mer strøm nødvendig enn for modellering av noen første materialer. Kravene til optimaliseringsproblemer, kanskje mindre enn for faktorisering. Det vil si at det nå er flere dusin kvantealgoritmer som løser forskjellige problemer. Shor's algoritme, som gjør faktorisering som vil hacke, er ganske krevende.