„Za posledných 25 rokov došlo v kvantových technológiách k obrovskému pokroku."
— Médiá píšu veľa
— Kvantové technológie veľmi priťahujúpozornosť z niekoľkých dôvodov. Po prvé, súvisia s kvantovou fyzikou, veľmi zaujímavou vedeckou teóriou, ktorá popisuje najmenšie objekty, s ktorými môžeme interagovať. Táto veda pomáha opísať stavy kvantových objektov, ako aj ich spravovať. Závery vyvodené z kvantovo mechanických úvah často protirečia tomu, na čo sme zvyknutí – našej „klasickej“ skúsenosti.
Po druhé, teraz sa objavujú prvé zariadenia azariadenia postavené na princípoch riadenia jednotlivých kvantových systémov a ich vývoj umožňuje riešiť problémy, s ktorými si moderné superpočítače nevedia dať rady. Môžete riešiť ďalšie dôležité úlohy. Napríklad prenášať informácie takým spôsobom, že bezpečnosť je zaručená základnými fyzikálnymi zákonmi, ako aj merať parametre prostredia, teplotu, parametre elektromagnetických polí a pod. s maximálnou prípustnou presnosťou.
Rozdiel medzi očakávaniami od kvantových technológií aexistuje skutočný stav ich vývoja, ale nie je kritický. Odborná obec je dosť konzervatívna, hovorí o postupnom napredovaní a prechode od jednoduchého k zložitému. Ak sa pozriete na to, čo sa stalo za posledných 25 rokov, je to obrovský skok vpred. V oblasti kvantových výpočtov sme prešli od demonštrácie základných princípov fungovania rôznych typov kvantových výpočtových zariadení k riešeniu výpočtových problémov, ktoré sú pre klasické počítače nedostupné.
Alexej Fedorov
— Máte nejaké známky toho, že vývoj v tejto oblasti si zaslúži pozornosť? Teraz sa všetci sústredia na počet qubitov – je to objektívny ukazovateľ?
— Počet qubitov ako samostatný parameter nie jepomáha posúdiť stav vývoja kvantovej výpočtovej techniky. Ak vás zaujíma akýkoľvek vedecký úspech a chcete pochopiť jeho stav, Nakoľko je ten či onen výsledok hodný pozornosti, existuje jeden jednoduchý a veľmi správny recept – skontrolovať, či sú výsledky overené vedeckou komunitou.
Napríklad Google pred demonštráciou kvantaExcelencia starostlivo pripravila vedecký článok. Pracovali na tom dlho, myslím, že asi rok, aby presvedčili vedeckú obec o správnosti záverov. Článok bol publikovaný spolu s obrovským množstvom ďalších materiálov v jednom z najuznávanejších vedeckých časopisov. Preto by aj napriek problémom „prehrievania“ a preceňovania príležitostí pri hodnotení technológií bolo dobré pozrieť sa na stav vedeckých publikácií na túto tému v popredných časopisoch.
Keď už hovoríme o počte qubitov, o komunitesa snaží vybrať jedno zrozumiteľné číslo, aby vysvetlil celý postup cez neho. Preto vidíme publikácie o 2, 10, 15, 5 000 qubitoch – ale čo to znamená? Môj opatrný predpoklad je, že v blízkej budúcnosti budeme čoraz častejšie počuť nie o počte qubitov, ale o schopnosti systémov riešiť skutočné problémy.
Existuje ďalší smer kvantových technológií -kvantová komunikácia alebo presnejšie kvantová distribúcia kľúčov. Ďalšími kritériami sú rýchlosť generovania kľúčov, schopnosť integrovať kvantové riešenia do klasickej infraštruktúry. Mnohé z nich hodnotia vývoj triezvejšie ako jedna metrika alebo parameter.
— Aké technológie v tejto oblasti vás osobne zaujali?
- Začal som tým, že som sa venoval kvantekomunikácie a postkvantovej kryptografie. Toto sú dve oblasti súvisiace s ochranou informácií v ére objavenia sa kvantového počítača. Ak je kvantový počítač dostatočne výkonný – s množstvom dobrých qubitov – bude schopný prelomiť niektoré zo súčasných kryptografických algoritmov. Vyvíjame novú generáciu zariadení, algoritmov a nástrojov na ochranu údajov, ktorým je možné čeliť hrozbami pomocou kvantového počítača. Tieto technológie už dosiahli zrelú fázu a nevyvíja ich RCC, ale jednotlivé spoločnosti.
Moje súčasné zameranie je na kvantové výpočty.Pracujeme v oblasti tvorby algoritmov a softvéru pre budúce kvantové počítače. Hlavnou výzvou pre celú komunitu kvantových algoritmov je pochopiť, či je možné dosiahnuť výpočtovú prevahu pri riešení praktických problémov so súčasnými alebo budúcimi generáciami kvantových počítačov.
Je bezpečnosť údajov jedinou hrozbou, ktorú kvantové počítače predstavujú? Alebo existujú iné aspekty, ktorých sa treba obávať?
— Hlavná hrozba je v smere poskytovaniainformačná bezpečnosť. No sú tu aj iné ťažkosti – riešenie niektorých problémov pomocou kvantových počítačov nevieme overiť, preto ich nemôžeme použiť. Nejde však o ojedinelý problém – existuje aj v klasickom superpočítači. Koniec koncov, ak superpočítač v jedinej kópii vyrieši nejaký problém, ako potom overiť toto riešenie? V klasickej výpočtovej technike ľudia už desaťročia premýšľajú o tom, ako to urobiť a ako možno tieto nástroje prispôsobiť pre kvantové výpočty.
- V oblasti AI a strojového učenia sa často hovorí o externej regulácii, aby sa technológia nevymkla spod kontroly. Existujú takéto rozhovory aj o kvantových technológiách, alebo je ešte priskoro o tom hovoriť?
- Skúsenosti so strojovým učením budú užitočné prekvantové počítače - plus mínus hovoríme o tom istom. Ale ako ho použiť? Myslím si, že musíme dôverovať zložitým technológiám, aj keď úplne nerozumieme, ako fungujú. S týmito riešeniami bude možné pracovať a môžeme sa uistiť, že nám neublížia.
— Neobávate sa, že nemotorná regulácia zastaví pokrok v tejto oblasti?
Som technologický pozitivista. Verím, že každá technológia má napriek rizikám hlavne výhody, ak sa s ňou zaobchádza rozumne.
„Popredné časopisy zostávajú neutrálne – taká, aká by mala byť moderná veda“
— Je ťažké vysporiadať sa s kvantovými technológiami v Rusku? Kto je teraz hlavným zákazníkom, čo chce vo výsledku získať?
— Existuje trend, že hlavným je štátinvestor do vývoja kvantových technológií. Ak sa pozriete na financovanie, väčšina z nich pochádza prostredníctvom vládnych programov, takzvaných plánov rozvoja kvantových technológií. Sú vo všetkých vyspelých technologických krajinách – USA, krajinách EÚ, Kanade, Japonsku, Veľkej Británii, Austrálii, Číne.
Okrem toho je tam veľké množstvo financiíod súkromných spoločností a investorov. Súkromné peniaze vám umožňujú pohybovať sa oveľa rýchlejšie a vyžadujú si jednoduchšie vykazovanie. A v niektorých oblastiach vidíme najlepší výkon v startupoch, niekde v korporáciách tradične spojených s výpočtovou technikou. Tón udávajú Google, IBM, Intel a ich partnerské univerzity.
V Rusku je trend smerom k financovaniu zMáme aj štáty, prijali sme cestovnú mapu pre rozvoj kvantových výpočtov, v rámci ktorej sa pracuje na vybudovaní niekoľkých kvantových procesorov a cloudového softvéru. Sú to značné finančné prostriedky, ale všetko je relatívne. Jedného dňa, po prednáške, kde som hovoril o financovaní, ma oslovil vedec, ktorý pracuje v biotechnológiách a čudoval sa, prečo sa vo svete míňa tak málo peňazí na kvantové technológie.
— Ako sa vyvíjajú kvantové technológie v Rusku? Robia to startupisti?
- Dynamický.Historicky veľa pre kvantové technológie bolo vynájdených v ZSSR a Rusku. Ak sa pozriete na Nobelove ceny, ktoré boli udelené za kvantové technológie prvej vlny, sú spojené s prácou v oblasti fyziky nízkych teplôt, ktorá sa stala základom moderných kvantových výpočtov. Naša škola a záujem zostali zachované, všetko napomáha práci v tomto smere. Dokonca aj myšlienka kvantového počítača Richarda Feina v USA a Yuriho Manna, sovietskeho matematika, vznikla paralelne.
Teraz je v pláne vyvinúť kvantumželezo, spracovatelia na rôznych fyzikálnych princípoch. Prax ukazuje, že týmto smerom sa dá pohnúť. Ide o veľmi konkurenčnú oblasť, každý deň prichádzajú nové nápady, na ktoré treba reagovať. Som optimista - musíte ponúknuť niečo nové a ísť vlastným smerom a nezakladať svoj vývoj úplne na nápadoch iných ľudí, aby ste niekedy niekoho dobehli a v budúcnosti predbehli.
Existujú kvantové startupy.Už som hovoril o QRate a QApp, ktoré sa zaoberajú kvantovou, respektíve postkvantovou kryptografiou. V súčasnosti pracujeme na spustení startupu v oblasti kvantových výpočtov.
— Súvisí nedostatok financií s dlhým horizontom plánovania v oblasti kvantovej výpočtovej techniky?
— Áno, súkromní investori potrebujú jasné výsledky aprimerané časové horizonty. Verejné investície nám umožňujú pohybovať sa trochu strategickejšie. Ale ako sa technológia vyvíja a prispôsobuje, tieto investície budú narastať a nadobúdať iné formy.
— Ako ovplyvnila izolácia od medzinárodného spoločenstva vedcov vašu prácu?
— Nastalo veľmi turbulentné obdobie, ktoré položilokolegov v dosť ťažkej pozícii. Ale boli sme a zostávame otvorení interakcii. Ťažkosti a prekážky sa objavili z opačnej strany - často boli uložené administratívnymi pravidlami. V poslednom čase však vidím pozitívny trend. Pokračovali sme v tých spoločných článkoch a prácach, ktoré sme plánovali s kolegami. Dúfam, že to tak bude pokračovať.
Je ťažké predpovedať, ale máme dosť dlhohorizontu plánovania spoločnej práce. Aj keď je možné pohybovať sa podľa plánu, existujú excesy - niekedy výskumníci píšu zvláštne komentáre o potrebe potvrdiť alebo poprieť účasť na určitých politických myšlienkach. Vo všeobecnosti však popredné časopisy zostávajú neutrálne – tak, ako by moderná veda mala byť. Napríklad ruskí vedci v poslednej dobe naďalej publikujú v publikáciách Americkej fyzikálnej spoločnosti. Všetko je zachovalé, všetko funguje.
„Niektorí hovoria, že nikto nepotrebuje kvantové technológie. Iní - že dokážu vyriešiť akýkoľvek problém“
- Existujú nejaké mylné predstavy alebo nepresnosti, ktoré vám najčastejšie padnú do oka?
- Hlavná je polarita názorov na kvantumtechnológie. Niektorí hovoria, že kvantové počítače nikto nepotrebuje, že to nikdy nebude fungovať a že kvantové počítače sa nedajú postaviť. Takéto vedecké články vychádzajú dodnes. A sú tu hyperoptimistickí kolegovia, ktorí sa snažia na všetko využiť kvantový počítač a vyriešiť akékoľvek problémy.
Robia ma oba extrémne uhly pohľaduzmätok, ale je tu aj rozumný postoj. Stále máme dôvod veriť, že kvantový počítač poskytne zrýchlenie v niektorých triedach problémov. Som za vyvážený prístup, zameraný na testovanie hypotéz a ak sa niektoré z nich nepotvrdia, nie je na tom nič zlé, sú to len hypotézy.
Vtipné je aj to, že fyzikom očividne leží na srdciromantika. Vedeckým dielam či javom preto niekedy vyberajú nie práve najúspešnejšie názvy. Existuje napríklad kvantová teleportácia. Často vyvstáva otázka: je možné teleportovať osobu pomocou metód kvantovej teleportácie? Ale musíme pochopiť, že kvantová teleportácia nie je fyzický pohyb hmoty z jedného bodu do druhého, ale prenos kvantových stavov.
Mnoho pojmov, ktoré sa vyskytujú vo vedeckomkomunite, musíte správne vysvetliť. Napríklad kvantová pseudotelepatia je úplne vedecký fenomén. Alebo povedzme aj kvantovú homeopatiu. Ak sa na to všetko pozriete nepripraveným okom, môže nastať zmätok. Ale v tomto prípade tieto pojmy veľmi vzdialene súvisia s kanonickou definíciou telepatie a homeopatie.
— Môžu sa bežní ľudia dotýkať kvantových počítačov?
— Áno, napíšte základný kvantový algoritmus avidieť, že je možné takto urýchliť riešenie problému. Krása takýchto algoritmov je v tom, že sú celkom jednoduché a krásne. Môžu byť použité na pochopenie toho, ako funguje kvantová výpočtová technika, na pochopenie úlohy zapletenia a superpozície pri riešení problémov.
Alebo môžete prísť na exkurziu do ruštinykvantové centrum, aby ste videli, v akom štádiu sú tieto technológie, ako ich vyvíja celý tím vedcov, kým sa z nich stanú zariadenia, ktoré sa reálne využívajú v praxi.
— Prečo si technooptimista? Aké máte argumenty, že nám technológia neuškodí?
- To je do značnej miery spôsobené tým, že všetko nemájedna jasná strana. História ukazuje, že ten istý vedecký úspech alebo technológiu možno použiť rôznymi spôsobmi. Napríklad jadrová technológia nám dala energiu aj nový typ zbraní.
Ale som optimista, pretože pozitívne aspektytechnológia sa bude stále používať na dosiahnutie celkového pokroku. Funguje to aj s kvantovými počítačmi – zariadenia a technológie, ktoré dokážu ochrániť dáta, sa objavia oveľa skôr ako kvantový počítač, ktorý dokáže hacknúť čokoľvek. Takéto kroky pomôžu neutralizovať negatívne aspekty a maximalizovať výhody – bude to fungovať tak so strojovým učením, ako aj s biotechnológiami. Preto som presvedčený, že kvantové počítače využijeme práve na riešenie tých najťažších problémov, ktorým dnes ľudstvo čelí.
Čítaj viac:
Archeológovia oficiálne potvrdili legendy z Biblie
Ukázalo sa, čo sa stane s bunkami tela, keď srdce odumrie
Signál Starlink bol hacknutý, aby sa dal použiť ako alternatíva k GPS