Ruslan Yunusov— Dyrektor Generalny Rosyjskiego Centrum Kwantowego. Ukończył z wyróżnieniem fizykę
RCCjest organizacją badawczą, któraprowadzi badania podstawowe i stosowane z zakresu fizyki kwantowej, zajmuje się tworzeniem i komercjalizacją nowych technologii i urządzeń opartych na wykorzystaniu efektów kwantowych. Specjaliści opracowują ultraczułe czujniki, mikrownęki optyczne, elementy komputerów kwantowych (kubity), a także systemy kryptografii kwantowej i inne. W 2016 roku Centrum jako pierwsze w Rosji uruchomiło całkowicie bezpieczną komunikację na liniach komercyjnych, w maju 2017 roku uruchomiło pierwszą w kraju wielowęzłową sieć kwantową i pierwszy na świecie kwantowy blockchain.
Procesor kwantowy, rosyjski rozwój i stos
- Co obejmuje plan rozwoju technologii kwantowych?
— Plan działania obejmuje trzy głównepodtechnologie: informatyka kwantowa, czyli komputer kwantowy, komunikacja kwantowa i czujniki kwantowe. Mówiąc z punktu widzenia dojrzałości, komunikacja kwantowa jest dziś najbardziej konkurencyjna w porównaniu z rozwiązaniami na świecie. W ciągu ostatnich trzech lat udało nam się znacznie zmniejszyć dystans do liderów i obecnie ich doganiamy. Celem do 2024 roku jest stworzenie rozwiązania na światowym poziomie, wejście na światowe rynki i sprzedaż tam urządzenia. Naszym celem, o którym mówimy, jest 8% rynku światowego.
- RCC opracowuje wszystkie trzy obszary, o których wspomniałeś?
- Częściowo.Mamy własny zespół do spraw komunikacji kwantowej, ale w Rosji działają jeszcze dwie grupy badawcze. W informatyce kwantowej rozwijamy niektóre części tego dużego pola, ale nie wszystkie. Jeśli mówimy o obliczeniach kwantowych, wiele osób nie do końca rozumie sformułowanie problemu. Aby rozwiązać problem na komputerze kwantowym, nie wystarczy mieć procesor kwantowy. Trzeba umieć tym zarządzać, a potem trzeba mieć system operacyjny, algorytmy – żeby rozwiązać cały stos.
- Jakie są teraz zadania, jeśli mówimy o komputerze - aby zwiększyć czas życia kubitu? Jeśli weźmiemy pod uwagę przykład komputera IBM.
- Słuchaj, to co mówisz teraz jestpytanie pierwszego poziomu, sprzęt. Jak zbudować sam procesor, aby działał poprawnie. A baz technologicznych, na których można to zbudować, jest kilka różnych – nadprzewodnictwo, czyli zimne atomy i zimne jony. Nie jest jasne, który z nich zwycięży za pięć lat.
- Czy wszystko dojdzie do jednego rozwiązania, czy nie wszystkie technologie będą dostępne na rynku w tym samym czasie?
- Najprawdopodobniej prędzej czy później do czegoś dojdziesam. Dlaczego? Na przykład wszystkie klasyczne procesory są zbudowane w oparciu o tę samą technologię. Chociaż teoretycznie można było zrobić inne. Powodów jest kilka – inwestycje, wydajność i tak dalej. Po prostu nie jest teraz jasne, która technologia zwycięży. Istnieją problemy technologiczne z kubitami nadprzewodzącymi, takie jak żywotność, ale nie jest to jedyny problem. Bardzo ważna jest także dokładność zapisu i odczytu. A potem - jak zbudować wystarczająco duży, skalowalny system. To jest główne pytanie. Istnieje wiele parametrów, którymi należy się zająć. Wyobraźmy sobie, że zbudowałeś dobry procesor. Twój komputer nie będzie działał na jednym procesorze. Potrzebujemy także algorytmów korekcji błędów, kodów korekcyjnych, potrzebujemy algorytmów do rozwiązywania problemów, samego systemu operacyjnego, języka programowania, interfejsu dla przemysłu, aby można było pobrać problem i uzyskać rozwiązanie.
- Może być zbudowany jednocześnie z procesorem?
- Oczywiście, że tak się dzieje. Na przykład ludzie piszą języki programowania dla abstrakcyjnego komputera kwantowego. Albo algorytmy kwantowe dla liczb faktoringowych, coś innego - są one generalnie tworzone dla abstrakcyjnego komputera kwantowego, tak zwanego uniwersalnego. Kiedy ludzie piszą oprogramowanie, programy wysokiego poziomu, nie myślą o tym, który procesor zostanie wykonany, piszą na poziomie logicznym. Podobnie algorytmy są opracowywane na poziomie logicznym.
Komputery kwantowe pojawią się nawet w rolnictwie
- Czy możesz nam powiedzieć o czujnikach kwantowych?
— Jeden przykład czujnika kwantowego —nadprzewodzący komputer kwantowy Wykorzystuje taki łańcuch w stanie nadprzewodzącym jako kubity. A problem z żywotnością polega na tym, że wszelkie zakłócenia zewnętrzne niszczą ten stan. Jeśli zastosuje się tę samą konstrukcję jako detektor pól zewnętrznych, które ją niszczą, wówczas pola magnetyczne można mierzyć bardzo dokładnie. Najdokładniejsze pomiary pól magnetycznych przeprowadzane są przy użyciu tej samej technologii kubitowej, tylko w innej formie. Można wykorzystać pojedyncze atomy – np. atomy azotu umieszczone w krysztale diamentu. Są one tak odizolowane, że można ich używać do pomiaru tych samych pól magnetycznych, temperatury lub grawitacji. To już się dzieje w laboratoriach, ale trzeba przejść do produktów przemysłowych. Będą to bardzo małe, energooszczędne i czułe czujniki.
- Pod koniec odprawy powiedziałeś, że kwanttechnologia będzie dostępna we wszystkich gałęziach. I dlaczego są we wszystkich branżach? Narysowałeś analogię ze zwykłymi komputerami, ale w wielu branżach zwykłe komputery rozwiązują wszystkie problemy.
-Tak, ale kiedy pojawiły się konwencjonalne komputery, nie we wszystkich gałęziach przemysłu były one potrzebne. 50 lat temu nie każdy potrzebował komputera, a ludzie mówili: tak, ja go nie potrzebuję. A dziś nie ma ani jednej takiej branży...
- Myślisz, że to samo stanie się z kwantowym?
- Kiedy nadal masz moc, głowanowe wyzwania. Tutaj też na przykład sztuczna inteligencja - gdzie to konieczne, wszędzie czy nie? Tak, prawie wszędzie. Tak jak staje się bardziej dostępny, prosty, całkowalny i rozwiązuje szerszą klasę problemów, tak będzie używany wszędzie. Komputer kwantowy jest jak podstawowa technologia, która zapewnia rozwiązanie różnych problemów. Wraz z rozwojem tej technologii dojdzie do rolnictwa, sektora przemysłowego i sektora bankowego.
- Powiedziałeś o roku 2024. Ale jeśli mówimy o przystępnej cenie technologii dla biznesu, nawet dużych, to jakie warunki możemy porozmawiać, kiedy firmy mogą sobie pozwolić na takie technologie?
— Jest jeden problem: nie jest jasne, ile potrzebaczas rozwiązać problemy technologiczne skalowania komputera kwantowego. Może trzy lata, może więcej. Czasami dojdziesz do etapu wdrożenia i zobaczysz problem techniczny, którego rozwiązanie zajmie kilka lat. Czasami poruszasz się normalnie. Na razie wydaje się, że widać ruch, ale nie jest to oczywiste. Dlatego też w horyzoncie pięcioletnim oczekuje się zaproponowania opłacalnych rozwiązań.
O dostępie - nie każdy będzie musiał kupićkomputer kwantowy do wypróbowania możliwości obliczeń kwantowych. Już w celu przetestowania technologii IBM daje dostęp do chmury komputerowi. I tutaj proponujemy, w ramach planu działania, przejście do tworzenia platformy chmurowej. Aby każdy mógł przetestować przełomową technologię bez kupowania komputera
- Więc będzie to komputer zbudowany na przykład w RCC, do którego mogą uzyskać dostęp inne organizacje?
- Niekoniecznie w RCC, może być wszędziezbudowany przez Główną ideą jest to, że platforma będzie miała dostęp do różnych komputerów. Ponieważ obecnie istnieją uniwersalne komputery kwantowe, symulatory, istnieją klasyczne algorytmy inspirowane kwantami, są tylko klasyczne komputery. I w zależności od charakteru i złożoności zadania, wysyłane są błędy do odpowiedniego systemu. Tak jak teraz, mamy procesor, koprocesor wewnątrz niego, a także procesor graficzny. A na czym polega zadanie, system określa, gdzie wysłać go do rozwiązania. Tak jest tutaj: w zależności od zadania platforma powinna zrozumieć, gdzie lepiej jest spróbować go rozwiązać. I pracować nie z jednym komputerem, ale z kilkoma, a także z symulatorami.
„Kiedy pojawia się komputer kwantowy, może on złamać wszystkie systemy szyfrowania”. Czy jesteśmy gotowi na ten moment?
- Komunikacja kwantowa chroni przed tym. W Rosji opracowano odpowiednie rozwiązania, w szczególności przez naszą spółkę zależną Qrate, tzw. Instalacje dystrybucji kluczy kwantowych. Jeśli jutro pojawi się ten problem, nie zostanie on rozwiązany w ciągu jednego dnia, ponieważ infrastruktura wymaga czasu. Ponadto nadal istnieją nowe typy algorytmów - tak zwane algorytmy postkwantowe - jeszcze nie zostały zaimplementowane. Staramy się sprostać wyglądowi komputerów kwantowych w pełni uzbrojonych.
Komunikacja kwantowa- sieci komunikacyjne chroniące przesyłane danedanych z wykorzystaniem podstawowych praw mechaniki kwantowej. Stanowią praktyczną realizację tzw. kryptografii kwantowej. Stanowią ważny element systemów obliczeń kwantowych i kryptografii. Umożliwia transport informacji pomiędzy fizycznie oddzielonymi układami kwantowymi. W przetwarzaniu rozproszonym węzły sieciowe w sieci mogą przetwarzać informacje, działając jako bramy kwantowe. Bezpieczny transfer danych można osiągnąć za pomocą algorytmów dystrybucji kluczy.
Kryptografia postkwantowa- pozostała część kryptografiiistotne w związku z pojawieniem się komputerów kwantowych i ataków. Ponieważ komputery kwantowe są znacznie szybsze niż klasyczne architektury komputerowe pod względem szybkości obliczeniowej tradycyjnych algorytmów kryptograficznych, nowoczesne systemy kryptograficzne stają się potencjalnie podatne na ataki. Większość tradycyjnych kryptosystemów opiera się na problemach faktoryzacji liczb całkowitych lub problemach logarytmu dyskretnego, które można łatwo rozwiązać na wystarczająco dużych komputerach kwantowych przy użyciu algorytmu Shora.
- Mówisz, że technologie kwantowe zaczną być wprowadzane do biznesu w ciągu pięciu lat?
- Komputery pojawią się na horyzoncie pięciu lat,kto zacznie rozwiązywać pierwsze opłacalne problemy. To jest zadanie faktoryzacji - jedno z najtrudniejszych, nie zostanie rozwiązane na pierwszym etapie. Na przykład potrzeba więcej mocy niż do modelowania niektórych pierwszych materiałów. Wymagania dotyczące problemów optymalizacyjnych, być może mniejsze niż w przypadku faktoryzacji. Oznacza to, że istnieje teraz kilkadziesiąt algorytmów kwantowych, które rozwiązują różne problemy. Algorytm Shora, który robi faktoryzację, która zhakuje, jest dość wymagający.