Ruslan Yunusov— Generálny riaditeľ Ruského kvantového centra. Vyštudoval fyziku s vyznamenaním
RCCje výskumná organizácia, ktorávykonáva základný a aplikovaný výskum v oblasti kvantovej fyziky, zaoberá sa tvorbou a komercializáciou nových technológií a zariadení založených na využití kvantových efektov. Špecialisti vyvíjajú ultracitlivé senzory, optické mikrodutiny, prvky kvantových počítačov (qubity), ako aj systémy kvantovej kryptografie a iné. V roku 2016 centrum ako prvé v Rusku spustilo absolútne bezpečnú komunikáciu na komerčných linkách; v máji 2017 spustilo prvú viacuzlovú kvantovú sieť v krajine a prvý kvantový blockchain na svete.
Kvantový procesor, ruský vývoj a stack
- Čo zahŕňa plán rozvoja kvantových technológií?
— Plán obsahuje tri hlavnépodtechnológie: kvantové výpočty, t. j. kvantový počítač, kvantová komunikácia a kvantové senzory. Z pohľadu zrelosti sú dnes kvantové komunikácie najkonkurencieschopnejšie v porovnaní s riešeniami na svete. Za posledné tri roky sa nám podarilo výrazne znížiť rozdiel od lídrov a teraz ich dobiehame. Cieľom do roku 2024 je vytvoriť riešenie na svetovej úrovni a vstúpiť na svetové trhy a predávať tam zariadenie. Naším cieľom, o ktorom hovoríme, je 8 % globálneho trhu.
- RCC rozvíja všetky tri oblasti, ktoré ste spomínali?
- Čiastočne.Máme vlastný tím pre kvantovú komunikáciu, ale v Rusku sú ďalšie dve výskumné skupiny. V kvantovej výpočtovej technike vyvíjame niektoré časti tejto veľkej oblasti, ale nie všetky. Ak hovoríme o kvantových výpočtoch, veľa ľudí celkom správne nerozumie formulácii problému. Na vyriešenie problému na kvantovom počítači nestačí mať iba kvantový procesor. Musíte to vedieť spravovať a potom musíte mať operačný systém, algoritmy - na vyriešenie celého zásobníka.
- Aké sú teraz úlohy, ak hovoríme o počítači - aby sme predĺžili životnosť qubitu? Ak vezmeme do úvahy príklad počítača IBM.
- Pozri, to, čo teraz hovoríš, jeotázka prvej úrovne, hardvér. Ako postaviť samotný procesor tak, aby správne fungoval. A existuje niekoľko rôznych technologických základov, na ktorých sa dá postaviť – supravodivosť, či studené atómy a studené ióny. Kto z nich vyhrá o päť rokov, nie je jasné.
- Dostane sa všetko k jednému riešeniu, nebudú všetky technológie súčasne na trhu?
- S najväčšou pravdepodobnosťou skôr či neskôr k niečomu dôjdesám. prečo? Napríklad klasické procesory sú všetky postavené na rovnakej technológii. Aj keď teoreticky bolo možné vyrobiť rôzne. A má to viacero dôvodov – investície, efektivita a podobne. Teraz nie je jasné, ktorá technológia vyhrá. Existujú technologické problémy so supravodivými qubitmi, ako je životnosť, ale to nie je jediný problém. Veľmi dôležitá je aj presnosť záznamu a čítania. A potom – ako vybudovať dostatočne veľký škálovateľný systém. Toto je hlavná otázka. Je veľa parametrov, ktoré treba riešiť. Predstavme si, že ste postavili dobrý procesor. Váš počítač nebude fungovať na jednom procesore. Potrebujeme tiež algoritmy na opravu chýb, opravné kódy, potrebujeme algoritmy na riešenie problémov, samotný operačný systém, programovací jazyk, rozhranie pre priemysel, aby ste si mohli stiahnuť problém a získať riešenie.
- Môže byť postavený súčasne s procesorom?
- Samozrejme, je to hotové. Napríklad ľudia napíšu programovacie jazyky pre abstraktný kvantový počítač. Alebo kvantové algoritmy pre faktoringové čísla, niečo iné - sú všeobecne vytvorené pre abstraktný kvantový počítač, takzvaný univerzálny. Keď ľudia píšu softvér, programy na vysokej úrovni, nerozmýšľajú o tom, na ktorom procesore sa to vykoná, píšu na logickej úrovni. Podobne sú algoritmy vyvinuté na logickej úrovni.
Kvantové počítače prídu aj v poľnohospodárstve
- Môžete nám povedať niečo o kvantových senzoroch?
— Jeden príklad kvantového senzora —supravodivý kvantový počítač Používa takýto reťazec v supravodivom stave ako qubity. A problém životnosti je v tom, že akékoľvek vonkajšie poruchy tento stav ničia. Ak sa rovnaký dizajn použije ako detektor vonkajších polí, ktoré ho ničia, potom je možné veľmi presne merať magnetické polia. Najpresnejšie merania magnetických polí sa vykonávajú pomocou rovnakej technológie qubit, len v inej forme. Môžete použiť jednotlivé atómy – napríklad atómy dusíka umiestnené v diamantovom kryštáli. Sú umiestnené tak izolované, že ich možno použiť na meranie rovnakých magnetických polí, teploty alebo gravitácie. V laboratóriách sa to už deje, no treba prejsť k priemyselným produktom. Pôjde o veľmi malé, energeticky účinné a citlivé senzory.
- Na konci briefingu ste povedali, že kvantumtechnológia príde vo všetkých odvetviach. A prečo sú vo všetkých odvetviach? Nakreslili ste analógiu s bežnými počítačmi, ale v mnohých odvetviach bežné počítače riešia všetky problémy.
-Áno, ale keď sa objavili konvenčné počítače, neboli potrebné vo všetkých odvetviach. Pred 50 rokmi nie každý potreboval počítač a ľudia hovorili, áno, ja ho nepotrebujem. A dnes už neexistuje ani jedno takéto odvetvie...
- Myslíte si, že to isté sa stane s kvantovým?
- Keď ešte máš moc, hlavuprichádzajú nové výzvy. Aj tu, napríklad, umelá inteligencia - kde je to potrebné, všade alebo nie? Áno, takmer všade. Tak ako sa stáva prístupnejším, jednoduchším, integrovateľnejším a rieši širšiu triedu problémov, bude sa používať všade. Kvantový počítač je ako základná technológia, ktorá poskytuje riešenie rôznych problémov. Ako sa táto technológia vyvíja, príde do poľnohospodárstva, priemyselného sektora a bankového sektora.
- Povedali ste o roku 2024. Ak však hovoríme o cenovej dostupnosti technológií pre podniky, dokonca aj o veľkých, potom o akých termínoch môžeme hovoriť, keď takéto technológie môžu spoločnosti poskytnúť?
- Je tu jeden problém: nie je jasné, koľko je potrebnéčas na riešenie technologických problémov škálovania kvantového počítača. Možno tri roky, možno viac. Niekedy sa dostanete do fázy implementácie a uvidíte technický problém, ktorého vyriešenie bude trvať niekoľko rokov. Niekedy sa hýbeš normálne. Zatiaľ sa zdá, že existuje pohyb, ale nie je to zrejmé. Preto sa v horizonte piatich rokov očakáva, že budú navrhnuté nákladovo efektívne riešenia.
O prístupe - nie každý bude musieť kúpiťkvantový počítač na vyskúšanie kvantových výpočtových schopností. S cieľom otestovať technológiu už IBM poskytuje cloudový prístup k svojmu počítaču. A tu navrhujeme v rámci plánu postupovať smerom k vytvoreniu cloudovej platformy. Aby si každý mohol vyskúšať prelomovú technológiu bez toho, aby si kúpil počítač
- Takže to bude počítač postavený napríklad na RCC, ku ktorému majú prístup aj iné organizácie?
- Nie nevyhnutne v RCC, môže to byť kdekoľvekpostavený Hlavnou myšlienkou je, že táto platforma bude mať prístup k rôznym počítačom. Pretože teraz existujú univerzálne kvantové počítače, simulátory, existujú kvantovo inšpirované klasické algoritmy, existujú len klasické počítače. V závislosti od povahy a zložitosti úlohy sa posiela na chyby do príslušného systému. Rovnako ako teraz, máme v ňom procesor, co-procesor, a tam je tiež grafický procesor. A čo je úlohou, systém určuje, kam ju má poslať na vyriešenie. Takže je to tu: v závislosti od úlohy by platforma mala pochopiť, kde je lepšie pokúsiť sa ju vyriešiť. A pracovať nie s jedným počítačom, ale s niekoľkými, a tiež so simulátormi.
"Keď sa objaví kvantový počítač, môže prasknúť všetky šifrovacie systémy." Sme pripravení na tento okamih?
- Kvantová komunikácia chráni proti tomuto. V Rusku boli vyvinuté vhodné riešenia, najmä prostredníctvom našej dcérskej spoločnosti Qrate, tzv. Ak sa zajtra objaví tento problém, nebude vyriešený za jeden deň, pretože infraštruktúra trvá určitý čas. Okrem toho stále existujú nové typy algoritmov - tzv. Post-kvantové algoritmy - ešte neboli implementované. Snažíme sa naplno objaviť kvantové počítače plne vyzbrojené.
Kvantová komunikácia- komunikačné siete, ktoré chránia prenášané dátaúdaje využívajúce základné zákony kvantovej mechaniky. Sú praktickou implementáciou takzvanej kvantovej kryptografie. Tvoria dôležitý prvok kvantových výpočtových a kryptografických systémov. Umožňuje transport informácií medzi fyzicky oddelenými kvantovými systémami. V distribuovaných výpočtoch môžu sieťové uzly v sieti spracovávať informácie tak, že fungujú ako kvantové brány. Bezpečný prenos dát je možné dosiahnuť pomocou algoritmov distribúcie kľúčov.
Po kvantovej kryptografii- časť kryptografie, ktorá zostávarelevantné s príchodom kvantových počítačov a útokov. Keďže kvantové počítače sú výrazne rýchlejšie ako klasické počítačové architektúry vo výpočtovej rýchlosti tradičných kryptografických algoritmov, moderné kryptografické systémy sa stávajú potenciálne zraniteľnými voči útokom. Väčšina tradičných kryptosystémov sa spolieha na problémy faktorizácie celého čísla alebo problémy s diskrétnym logaritmom, ktoré by boli ľahko riešiteľné na dostatočne veľkých kvantových počítačoch pomocou Shorovho algoritmu.
- Hovoríte, že kvantové technológie sa začnú zavádzať do podniku do piatich rokov?
- Počítače sa objavia na horizonte piatich rokov,ktorí začnú riešiť prvé nákladovo efektívne problémy. To je úloha faktorizácie - jednej z najťažších, ktorá sa v prvej fáze nevyrieši. Na to je napríklad potrebných viac energie ako na modelovanie niektorých prvých materiálov. Požiadavky na optimalizačné problémy, možno menej ako na faktorizáciu. To znamená, že v súčasnosti existuje niekoľko desiatok kvantových algoritmov, ktoré riešia rôzne problémy. Shorov algoritmus, ktorý robí faktorizáciu, ktorá bude hackovať, je dosť náročný.