Ruslan Yunusov— Generaldirektör för Russian Quantum Center. Utexaminerades med heder i fysik
RCCär en forskningsorganisation sombedriver grundläggande och tillämpad forskning inom området kvantfysik, är engagerad i skapandet och kommersialiseringen av nya teknologier och enheter baserade på användningen av kvanteffekter. Specialister utvecklar ultrakänsliga sensorer, optiska mikrohåligheter, element i kvantdatorer (qubits), såväl som kvantkryptografisystem och andra. Under 2016 var centret först i Ryssland att lansera absolut säker kommunikation på kommersiella linjer; i maj 2017 lanserade det landets första multi-nod kvantnätverk och världens första kvantblockkedja.
Kvantprocessor, ryska utveckling och stack
- Vad innehåller färdplanen för utvecklingen av kvanttekniker?
— Färdplanen innehåller tre huvudsakligadelteknologier: kvantberäkning, dvs kvantdator, kvantkommunikation och kvantsensorer. På tal ur mognadssynpunkt är kvantkommunikation idag den mest konkurrenskraftiga i jämförelse med lösningar i världen. Under de senaste tre åren har vi lyckats minska avståndet från ledarna kraftigt och vi kommer nu ikapp dem. Målet till 2024 är att göra en lösning i världsklass och komma in på världsmarknaderna och sälja enheten där. Vårt mål som vi talar om är 8 % av den globala marknaden.
- RCC utvecklar alla tre områden som du nämnde?
- Delvis.Vi har ett eget team för kvantkommunikation, men det finns ytterligare två forskargrupper i Ryssland. Inom kvantberäkningar utvecklar vi vissa delar av detta stora område, men inte alla. Om vi pratar om kvantberäkning är det många som inte riktigt förstår problemets formulering. För att lösa ett problem på en kvantdator räcker det inte att bara ha en kvantprocessor. Du måste kunna hantera det, och sedan måste du ha ett operativsystem, algoritmer - för att lösa hela stacken.
- Vad är uppgifterna nu om vi pratar om en dator - för att öka qubit livstid? Om vi betraktar exemplet på en IBM-dator.
- Titta, det du säger nu ärfråga på första nivån, hårdvara. Hur man bygger själva processorn så att den fungerar som den ska. Och det finns flera olika tekniska grunder som det kan byggas på - supraledning, eller kalla atomer och kalla joner. Det är oklart vem av dem som vinner om fem år.
- Kommer allt till en lösning, kommer inte alla teknologier att vara på marknaden samtidigt?
– Med största sannolikhet kommer det förr eller senare att bli någotensam. Varför? Till exempel är klassiska processorer alla byggda på samma teknik. Även om det teoretiskt gick att göra olika. Och det finns flera anledningar till detta - investeringar, effektivitet och så vidare. Det är bara inte klart nu vilken teknik som kommer att vinna. Det finns tekniska problem med supraledande qubits, såsom livstid, men detta är inte det enda problemet. Noggrannhet i inspelning och läsning är också mycket viktigt. Och sedan - hur man bygger ett tillräckligt stort skalbart system. Detta är huvudfrågan. Det finns många parametrar som måste åtgärdas. Låt oss föreställa oss att du har byggt en bra processor. Din dator kommer inte att fungera på en processor. Vi behöver även felkorrigeringsalgoritmer, korrigeringskoder, vi behöver algoritmer för att lösa problem, själva operativsystemet, ett programmeringsspråk, ett gränssnitt för branschen så att du kan ladda ner problemet och få en lösning.
- Det kan byggas samtidigt med processorn?
- Det här är klart klart. Till exempel skriver man programmeringsspråk för en abstrakt kvantdator. Eller kvantalgoritmer för factoringnummer, något annat - de är generellt gjorda för en abstrakt kvantdator, den så kallade universella. När folk skriver programvara, högnivåprogram, tänker de inte på vilken processor det kommer att göras, de skriver på logisk nivå. På samma sätt utvecklas algoritmer på logisk nivå.
Kvantumdatorer kommer till och med inom jordbruket
- Kan du berätta om kvantsensorer?
— Ett exempel på en kvantsensor —supraledande kvantdator Den använder en sådan kedja i ett supraledande tillstånd som qubits. Och problemet med livslängden är att alla yttre störningar förstör detta tillstånd. Om samma design används som en detektor för externa fält som förstör den, kan magnetfält mätas mycket noggrant. De mest exakta mätningarna av magnetfält utförs med samma qubit-teknik, bara i en annan form. Du kan använda enskilda atomer - till exempel kväveatomer placerade i en diamantkristall. De är placerade så isolerade att de kan användas för att mäta samma magnetfält, eller temperatur eller gravitation. Detta händer redan i laboratorier, men det är nödvändigt att gå vidare till industriprodukter. Dessa kommer att vara mycket små, energieffektiva och känsliga sensorer.
- I slutet av sammanfattningen sa du att kvantettekniken kommer i alla grenar. Och varför är de i alla branscher? Du har dragit en analogi med vanliga datorer, men i många industrier löser vanliga datorer alla problem.
-Ja, men när konventionella datorer dök upp behövdes de inte i alla branscher. För 50 år sedan behövde inte alla en dator, och folk sa, ja, jag behöver inte en. Och idag finns det inte en enda sådan bransch...
- Tror du att samma sak kommer att hända med kvanten?
- När du fortfarande har makt, huvudnya utmaningar kommer. Här, till exempel, artificiell intelligens - vid behov, överallt eller inte? Ja, nästan överallt. Precis som det blir mer tillgängligt, enkelt, integrerbart och löser en bredare klass av problem kommer den att användas överallt. En kvantdator är som en underliggande teknik som ger en lösning på olika problem. Eftersom denna teknik utvecklas kommer den att komma till jordbruk, industrisektorn och banksektorn.
- Du sa om året 2024. Men om vi pratar om överkomligheten hos teknik för företag, även stora, då vilka villkor kan vi prata om när sådana tekniker kan ges av företag?
– Det finns ett problem här: det är inte klart hur mycket som behövsdags att lösa tekniska problem med att skala en kvantdator. Kanske tre år, kanske mer. Ibland kommer man till implementeringsstadiet och ser ett tekniskt problem som kommer att ta flera år att lösa. Ibland rör man sig normalt. Än så länge verkar det vara rörelse, men det är inte uppenbart. Under en femårshorisont förväntas därför kostnadseffektiva lösningar föreslås.
Om åtkomst - inte alla kommer att behöva köpakvantdator för att prova kvantkompatibla förmågor. Redan för att testa tekniken ger IBM tillgång till moln till sin dator. Och här föreslår vi inom ramen för färdplanen att flytta mot att skapa en molnplattform. Så att alla kan testa genombrottstekniken utan att köpa en dator
- Så det kommer att bli en dator byggd till exempel på RCC, vilka andra organisationer kan komma åt?
- Inte nödvändigtvis i RCC kan det vara någonstansbyggd av Och huvudsidan är att den här plattformen kommer att ha åtkomst till olika datorer. För nu finns det universella kvantdatorer, simulatorer, det finns kvantintrypta klassiska algoritmer, det finns bara klassiska datorer. Och beroende på uppgiftens art och komplexitet skickas det för fel till motsvarande system. Precis som nu har vi en processor, en samprocessor inuti den, och det finns också en grafikprocessor. Och på vad uppgiften är, bestämmer systemet var man ska skicka det för att lösa. Så det är här: plattformen ska, beroende på uppgiften, förstå var det är bättre att försöka lösa det. Och att arbeta inte med en dator, men med flera, och även med simulatorer.
"När en kvantdator visas kan den spricka alla krypteringssystem." Är vi redo för det här ögonblicket?
- Quantum kommunikation skyddar mot detta. I Ryssland har lämpliga lösningar utvecklats, i synnerhet av vårt dotterbolag Qrate, de så kallade quantum key distribution installationerna. Om morgondagens problem uppstår kommer det inte att lösas på en dag, eftersom det tar tid för infrastruktur. Dessutom finns det fortfarande nya typer av algoritmer - de så kallade efterkvantumalgoritmerna - de har inte implementerats än heller. Vi gör ansträngningar för att möta utseendet på kvantumdatorer som är fullt beväpnade.
Quantum kommunikation- kommunikationsnätverk som skyddar överförda datadata med hjälp av kvantmekanikens grundläggande lagar. De är en praktisk implementering av den så kallade kvantkryptografin. De utgör en viktig del av kvantberäknings- och kryptografisystem. Tillåter transport av information mellan fysiskt separerade kvantsystem. I distribuerad beräkning kan nätverksnoder i ett nätverk bearbeta information genom att fungera som kvantgrindar. Säker dataöverföring kan uppnås med hjälp av nyckeldistributionsalgoritmer.
Post Quantum Cryptography- den del av kryptografin som finns kvarrelevant med tillkomsten av kvantdatorer och attacker. Eftersom kvantdatorer är betydligt snabbare än klassiska datorarkitekturer när det gäller beräkningshastighet för traditionella kryptografiska algoritmer, blir moderna kryptografiska system potentiellt sårbara för attacker. De flesta traditionella kryptosystem förlitar sig på heltalsfaktoriseringsproblem eller diskreta logaritmproblem, som lätt skulle kunna lösas på tillräckligt stora kvantdatorer med Shors algoritm.
- Du säger att kvantteknik kommer att börja introduceras i verksamheten inom fem år?
- Datorer kommer att dyka upp under fem år,vem kommer att börja lösa de första kostnadseffektiva problemen. Detta är uppgiften att faktorisera - en av de svåraste, det kommer inte att lösas i första steget. För det behövs exempelvis mer kraft än för att modellera några första material. Kraven på optimeringsproblem, kanske mindre än för faktorisering. Det vill säga det finns nu flera dussin kvantumalgoritmer som löser olika problem. Shors algoritm, vilket gör fakturering som kommer att hacka, är ganska krävande.