Ruslan Yunusov— Diretor Geral do Centro Quântico Russo. Graduado com honras em física
RCCé uma organização de pesquisa querealiza pesquisas fundamentais e aplicadas no campo da física quântica, está envolvida na criação e comercialização de novas tecnologias e dispositivos baseados no uso de efeitos quânticos. Especialistas estão desenvolvendo sensores ultrassensíveis, microcavidades ópticas, elementos de computadores quânticos (qubits), além de sistemas de criptografia quântica e outros. Em 2016, o Centro foi o primeiro na Rússia a lançar comunicações absolutamente seguras em linhas comerciais; em maio de 2017, lançou a primeira rede quântica de vários nós do país e a primeira blockchain quântica do mundo.
Processador quântico, desenvolvimentos e pilha russos
- O que o roteiro para o desenvolvimento de tecnologias quânticas inclui?
— O roteiro inclui três principaissubtecnologias: computação quântica, ou seja, computador quântico, comunicações quânticas e sensores quânticos. Falando do ponto de vista da maturidade, as comunicações quânticas hoje são as mais competitivas em comparação com as soluções do mundo. Nos últimos três anos, conseguimos reduzir significativamente a distância em relação aos líderes e estamos agora a alcançá-los. A meta até 2024 é criar uma solução de classe mundial e entrar nos mercados mundiais e vender o dispositivo lá. Nossa meta de que estamos falando é 8% do mercado global.
- A RCC desenvolve todas as três áreas que você mencionou?
- Parcialmente.Temos a nossa própria equipa de comunicações quânticas, mas existem mais dois grupos de investigação na Rússia. Na computação quântica, estamos desenvolvendo algumas partes deste grande campo, mas não todas. Se falamos de computação quântica, muitas pessoas não entendem muito bem a formulação do problema. Para resolver um problema em um computador quântico, não basta apenas ter um processador quântico. Você precisa ser capaz de gerenciá-lo e, então, precisa ter um sistema operacional, algoritmos - para resolver toda a pilha.
- Quais são as tarefas agora, se falamos de um computador - para aumentar o tempo de vida do qubit? Se considerarmos o exemplo de um computador IBM.
- Olha, o que você está dizendo agora équestão de primeiro nível, hardware. Como construir o próprio processador para que funcione corretamente. E há diversas bases tecnológicas sobre as quais ele pode ser construído – supercondutividade, ou átomos frios e íons frios. Não está claro qual deles vencerá em cinco anos.
- Será que tudo vai chegar a uma solução, nem todas as tecnologias estarão no mercado ao mesmo tempo?
- Muito provavelmente, mais cedo ou mais tarde chegará a algosozinho. Por que? Por exemplo, os processadores clássicos são todos construídos com a mesma tecnologia. Embora teoricamente fosse possível fazer diferentes. E há várias razões para isso – investimento, eficiência e assim por diante. Só não está claro agora qual tecnologia vencerá. Existem problemas tecnológicos com qubits supercondutores, como o tempo de vida, mas este não é o único problema. A precisão da gravação e leitura também é muito importante. E então - como construir um sistema suficientemente grande e escalável. Esta é a questão principal. Existem muitos parâmetros que precisam ser abordados. Vamos imaginar que você construiu um bom processador. Seu computador não funcionará em um processador. Precisamos também de algoritmos de correção de erros, de códigos de correção, precisamos de algoritmos para resolver problemas, do próprio sistema operacional, de uma linguagem de programação, de uma interface para a indústria para que você possa baixar o problema e obter uma solução.
- Pode ser construído simultaneamente com o processador?
- Claro, isso está feito. Por exemplo, as pessoas escrevem linguagens de programação para um computador quântico abstrato. Ou algoritmos quânticos para números de fatoração, algo mais - eles geralmente são feitos para um computador quântico abstrato, o chamado universal. Quando as pessoas escrevem software, programas de alto nível, não pensam em qual processador será feito, escrevem no nível lógico. Da mesma forma, os algoritmos são desenvolvidos no nível lógico.
Computadores quânticos virão mesmo na agricultura
- Você pode nos falar sobre sensores quânticos?
— Um exemplo de sensor quântico —computador quântico supercondutor Ele usa uma cadeia em estado supercondutor como qubits. E o problema com o tempo de vida é que quaisquer perturbações externas destroem esse estado. Se o mesmo projeto for usado como detector de campos externos que o destroem, os campos magnéticos poderão ser medidos com muita precisão. As medições mais precisas de campos magnéticos são realizadas usando a mesma tecnologia qubit, só que de uma forma diferente. Você pode usar átomos individuais - por exemplo, átomos de nitrogênio colocados em um cristal de diamante. Eles estão localizados tão isolados que podem ser usados para medir os mesmos campos magnéticos, ou temperatura, ou gravidade. Isso já acontece nos laboratórios, mas é preciso passar para os produtos industriais. Serão sensores muito pequenos, energeticamente eficientes e sensíveis.
- No final do briefing, você disse que o quantuma tecnologia virá em todos os ramos. E por que eles estão em todas as indústrias? Você fez uma analogia com computadores comuns, mas em muitos setores, computadores comuns resolvem todos os problemas.
-Sim, mas quando surgiram os computadores convencionais, eles não eram necessários em todos os setores. Há 50 anos, nem todo mundo precisava de um computador e as pessoas diziam: sim, não preciso de um. E hoje não existe uma única indústria desse tipo...
- Você acha que a mesma coisa acontecerá com o quântico?
- Quando você ainda tem energia, cabeçanovos desafios vêm. Aqui também, por exemplo, inteligência artificial - quando necessário, em todo lugar ou não? Sim, quase em todo lugar. Assim como se torna mais acessível, simples, integrável e resolve uma classe mais ampla de problemas, ele será usado em todos os lugares. Um computador quântico é como uma tecnologia subjacente que fornece uma solução para vários problemas. À medida que esta tecnologia se desenvolve, ela chegará à agricultura, ao setor industrial e ao setor bancário.
- Você disse sobre o ano de 2024. Mas se falamos sobre a acessibilidade das tecnologias para os negócios, mesmo as grandes, então em que termos podemos falar quando tais tecnologias podem ser oferecidas pelas empresas?
— Há um problema aqui: não está claro quanto é necessáriohora de resolver problemas tecnológicos de dimensionamento de um computador quântico. Talvez três anos, talvez mais. Às vezes você chega ao estágio de implementação e vê um problema técnico que levará vários anos para ser resolvido. Às vezes você se move normalmente. Até agora parece haver movimento, mas não é óbvio. Portanto, num horizonte de cinco anos, espera-se que sejam propostas soluções com boa relação custo-eficácia.
Sobre o acesso - nem todos terão que comprarcomputador quântico para tentar capacidades de computação quântica. Já, para testar a tecnologia, a IBM fornece acesso à nuvem para seu computador. E aqui propomos, no âmbito do roteiro, avançar para a criação de uma plataforma de nuvem. Para que todos possam testar a tecnologia inovadora sem comprar um computador
- Então, será um computador construído, por exemplo, no RCC, que outras organizações podem acessar?
- Não necessariamente no RCC, pode ser em qualquer lugarconstruído por E a ideia principal é que essa plataforma terá acesso a diferentes computadores. Porque agora existem computadores quânticos universais, simuladores, existem algoritmos clássicos de inspiração quântica, existem apenas computadores clássicos. E, dependendo da natureza e complexidade da tarefa, ela é enviada para erros no sistema correspondente. Assim como agora, temos um processador, um co-processador dentro dele e também um processador gráfico. E em qual é a tarefa, o sistema determina onde enviá-lo para resolver. Então é aqui: dependendo da tarefa, a plataforma deve entender onde é melhor tentar resolvê-la. E trabalhar não com um computador, mas com vários, e também com simuladores.
“Quando um computador quântico aparece, ele pode quebrar todos os sistemas de criptografia.” Estamos prontos para este momento?
- Comunicações quânticas protegem contra isso. Na Rússia, soluções apropriadas foram desenvolvidas, em particular, por nossa subsidiária Qrate, as chamadas instalações de distribuição de chaves quânticas. Se amanhã esse problema surgir, ele não será resolvido em um dia, porque leva tempo para a infraestrutura. Além disso, ainda existem novos tipos de algoritmos - os chamados algoritmos pós-quânticos - que ainda não foram implementados. Estamos nos esforçando para encontrar a aparência de computadores quânticos totalmente armados.
Comunicações quânticas- redes de comunicação que protegem os dados transmitidosdados usando as leis fundamentais da mecânica quântica. São uma implementação prática da chamada criptografia quântica. Eles constituem um elemento importante dos sistemas de computação quântica e criptografia. Permite o transporte de informações entre sistemas quânticos fisicamente separados. Na computação distribuída, os nós de uma rede podem processar informações agindo como portas quânticas. A transferência segura de dados pode ser alcançada usando algoritmos de distribuição de chaves.
Criptografia Pós-Quântica- a parte da criptografia que permanecerelevante com o advento de computadores quânticos e ataques. Como os computadores quânticos são significativamente mais rápidos na computação de algoritmos criptográficos tradicionais do que as arquiteturas clássicas de computadores, os sistemas criptográficos modernos tornam-se potencialmente vulneráveis a ataques. A maioria dos criptosistemas tradicionais depende de problemas de fatoração de inteiros ou de logaritmos discretos, que seriam facilmente resolvidos em computadores quânticos grandes o suficiente usando o algoritmo de Shor.
- Você diz que as tecnologias quânticas começarão a ser introduzidas nos negócios dentro de cinco anos?
- Computadores aparecerão no horizonte de cinco anos,quem vai começar a resolver os primeiros problemas de baixo custo. Essa é a tarefa da fatoração - uma das mais difíceis, não será resolvida no primeiro estágio. Para isso, por exemplo, mais energia é necessária do que para modelar alguns primeiros materiais. Os requisitos para problemas de otimização, talvez menos que para fatoração. Ou seja, existem agora várias dezenas de algoritmos quânticos que resolvem problemas diferentes. O algoritmo de Shor, que faz a fatoração que irá hackear, é bastante exigente.