Ruslan Yunusov, RCC - อัลกอริธึมหลังควอนตัม, เวลาของการเกิดขึ้นของคอมพิวเตอร์ควอนตัมและการพัฒนาของรัสเซีย

Ruslan Yunusov— ผู้อำนวยการทั่วไปของ Russian Quantum Center สำเร็จการศึกษาเกียรตินิยมสาขาฟิสิกส์

คณะมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกเขายังคงทำงานด้านวิทยาศาสตร์ในระดับบัณฑิตศึกษาที่สถาบันชีวเคมีและฟิสิกส์เคมีซึ่งตั้งชื่อตาม N.M. Emanuel RAS ซึ่งเขาปกป้องวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขา เขาทำงานเป็นผู้จัดการในภาคเชื้อเพลิงและพลังงาน รวมถึงในบริษัทด้านการลงทุนและนวัตกรรม

RCCเป็นองค์กรวิจัยที่ดำเนินการวิจัยพื้นฐานและประยุกต์ในสาขาฟิสิกส์ควอนตัม มีส่วนร่วมในการสร้างและการจำหน่ายเทคโนโลยีและอุปกรณ์ใหม่ๆ โดยใช้เอฟเฟกต์ควอนตัม ผู้เชี่ยวชาญกำลังพัฒนาเซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงพิเศษ ไมโครคาวิตีเชิงแสง องค์ประกอบของคอมพิวเตอร์ควอนตัม (คิวบิต) รวมถึงระบบการเข้ารหัสควอนตัม และอื่นๆ ในปี 2559 ศูนย์แห่งนี้เป็นแห่งแรกในรัสเซียที่เปิดตัวการสื่อสารที่ปลอดภัยอย่างยิ่งบนสายการค้า ในเดือนพฤษภาคม 2560 ได้เปิดตัวเครือข่ายควอนตัมแบบหลายโหนดแห่งแรกของประเทศและบล็อกเชนควอนตัมแห่งแรกของโลก

โปรเซสเซอร์ควอนตัมพัฒนาการรัสเซียและสแต็ค

- แผนงานสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมรวมอะไรบ้าง

— แผนงานประกอบด้วยสามหลักเทคโนโลยีย่อย: คอมพิวเตอร์ควอนตัม เช่น คอมพิวเตอร์ควอนตัม การสื่อสารควอนตัม และเซ็นเซอร์ควอนตัม เมื่อพูดถึงในแง่ของวุฒิภาวะ การสื่อสารควอนตัมในปัจจุบันมีการแข่งขันสูงที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันในโลก ในช่วงสามปีที่ผ่านมา เราสามารถลดช่องว่างระหว่างผู้นำได้อย่างมาก และตอนนี้เรากำลังไล่ตามพวกเขาให้ทัน เป้าหมายภายในปี 2567 คือการสร้างโซลูชันระดับโลกและเข้าสู่ตลาดโลกและจำหน่ายอุปกรณ์ที่นั่น เป้าหมายของเราที่เรากำลังพูดถึงคือ 8% ของตลาดโลก

- RCC พัฒนาทั้งสามด้านที่คุณพูดถึง?

- บางส่วน.เรามีทีมงานของเราเองสำหรับการสื่อสารควอนตัม แต่มีกลุ่มวิจัยอีกสองกลุ่มในรัสเซีย ในการคำนวณควอนตัม เรากำลังพัฒนาบางส่วนของสาขาขนาดใหญ่นี้ แต่ไม่ใช่ทั้งหมด ถ้าเราพูดถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัม หลายๆ คนไม่ค่อยเข้าใจการกำหนดปัญหาอย่างถูกต้องนัก ในการแก้ปัญหาบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม การมีโปรเซสเซอร์ควอนตัมเพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ คุณต้องสามารถจัดการได้ จากนั้นคุณต้องมีระบบปฏิบัติการ อัลกอริธึม เพื่อแก้ปัญหาสแต็กทั้งหมด

- อะไรคืองานตอนนี้ถ้าเราพูดถึงคอมพิวเตอร์ - เพื่อเพิ่มเวลาชีวิตควิบิต? ถ้าเราพิจารณาตัวอย่างของคอมพิวเตอร์ IBM

- ดูสิสิ่งที่คุณกำลังพูดตอนนี้คือคำถามระดับแรก ฮาร์ดแวร์ วิธีสร้างโปรเซสเซอร์เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง และมีฐานทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกันหลายประการที่สามารถสร้างได้ - ความเป็นตัวนำยิ่งยวดหรืออะตอมเย็นและไอออนเย็น ยังไม่ชัดเจนว่าพวกเขาจะชนะใครในห้าปี

- ทุกอย่างจะมาพร้อมกับโซลูชั่นเดียวหรือไม่เทคโนโลยีทั้งหมดไม่สามารถวางตลาดในเวลาเดียวกันได้หรือไม่?

- เป็นไปได้มากว่าจะมีบางสิ่งเกิดขึ้นไม่ช้าก็เร็วตามลำพัง. ทำไม ตัวอย่างเช่น โปรเซสเซอร์แบบคลาสสิกทั้งหมดสร้างขึ้นจากเทคโนโลยีเดียวกัน แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้วมันเป็นไปได้ที่จะสร้างสิ่งที่แตกต่างออกไป และมีสาเหตุหลายประการสำหรับเรื่องนี้ เช่น การลงทุน ประสิทธิภาพ และอื่นๆ ยังไม่ชัดเจนว่าเทคโนโลยีใดจะชนะ มีปัญหาทางเทคโนโลยีเกี่ยวกับคิวบิตตัวนำยิ่งยวด เช่น อายุการใช้งาน แต่นี่ไม่ใช่ปัญหาเดียวเท่านั้น ความแม่นยำในการบันทึกและการอ่านก็มีความสำคัญเช่นกัน และจากนั้น – วิธีสร้างระบบที่ปรับขนาดได้ขนาดใหญ่เพียงพอ นี่คือคำถามหลัก มีพารามิเตอร์มากมายที่ต้องแก้ไข ลองจินตนาการว่าคุณได้สร้างโปรเซสเซอร์ที่ดี คอมพิวเตอร์ของคุณจะไม่ทำงานบนโปรเซสเซอร์ตัวเดียว นอกจากนี้เรายังต้องการอัลกอริธึมการแก้ไขข้อผิดพลาด รหัสแก้ไข เราต้องการอัลกอริธึมสำหรับการแก้ปัญหา ระบบปฏิบัติการ ภาษาโปรแกรม อินเทอร์เฟซสำหรับอุตสาหกรรมเพื่อให้คุณสามารถดาวน์โหลดปัญหาและรับวิธีแก้ไขได้

- สามารถสร้างพร้อมกันกับโปรเซสเซอร์ได้หรือไม่

- แน่นอนสิ่งนี้ทำ ตัวอย่างเช่นคนเขียนภาษาการเขียนโปรแกรมสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมนามธรรม หรืออัลกอริธึมเชิงควอนตัมสำหรับตัวเลขแฟคตอริ่งสิ่งอื่น ๆ - โดยทั่วไปแล้วพวกมันถูกสร้างขึ้นสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมนามธรรมหรือที่เรียกกันทั่วไปว่า Universal เมื่อคนเขียนซอฟต์แวร์โปรแกรมระดับสูงพวกเขาไม่คิดว่าจะใช้ตัวประมวลผลใดพวกเขาเขียนในระดับตรรกะ ในทำนองเดียวกันอัลกอริทึมได้รับการพัฒนาในระดับตรรกะ

คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะมาแม้ในภาคเกษตร

- คุณสามารถบอกเราเกี่ยวกับเซ็นเซอร์ควอนตัมได้หรือไม่?

— ตัวอย่างหนึ่งของเซ็นเซอร์ควอนตัม —คอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวด มันใช้สายโซ่ดังกล่าวในสถานะตัวนำยิ่งยวดเป็นคิวบิต และปัญหาที่เกิดขึ้นตลอดชีวิตก็คือการรบกวนจากภายนอกทำลายสภาวะนี้ หากใช้การออกแบบเดียวกันเป็นเครื่องตรวจจับสนามภายนอกที่ทำลายสนามแม่เหล็กก็สามารถวัดได้อย่างแม่นยำมาก การวัดสนามแม่เหล็กที่แม่นยำที่สุดจะดำเนินการโดยใช้เทคโนโลยีควิบิตเดียวกันนี้เฉพาะในรูปแบบที่ต่างกันเท่านั้น คุณสามารถใช้อะตอมเดี่ยวๆ ได้ เช่น อะตอมไนโตรเจนที่วางอยู่ในผลึกเพชร พวกมันตั้งอยู่อย่างโดดเดี่ยวจนสามารถใช้วัดสนามแม่เหล็ก อุณหภูมิ หรือแรงโน้มถ่วงเดียวกันได้ สิ่งนี้กำลังเกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการแล้ว แต่จำเป็นต้องก้าวไปสู่ผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม เซ็นเซอร์เหล่านี้จะมีขนาดเล็กมาก ประหยัดพลังงาน และมีความละเอียดอ่อน

- ในตอนท้ายของการบรรยายสรุปคุณบอกว่าควอนตัมเทคโนโลยีจะมาในทุกสาขา และทำไมพวกเขาอยู่ในทุกอุตสาหกรรม? คุณได้ทำการเปรียบเทียบกับคอมพิวเตอร์ทั่วไป แต่ในหลายอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ทั่วไปจะแก้ปัญหาทั้งหมด

-ใช่ แต่เมื่อคอมพิวเตอร์ทั่วไปปรากฏขึ้น มันก็ไม่จำเป็นในทุกอุตสาหกรรม 50 ปีที่แล้ว ไม่ใช่ทุกคนที่ต้องการคอมพิวเตอร์ และผู้คนก็บอกว่า ใช่ ฉันไม่ต้องการคอมพิวเตอร์ และในปัจจุบันนี้ไม่มีอุตสาหกรรมดังกล่าวสักแห่งเดียว...

- คุณคิดว่าสิ่งเดียวกันจะเกิดขึ้นกับควอนตัมตัวเดียวหรือไม่?

- เมื่อคุณยังมีพลังอยู่หัวความท้าทายใหม่มา ตัวอย่างเช่นที่นี่เช่นปัญญาประดิษฐ์ - ที่จำเป็นทุกที่หรือไม่ ใช่เกือบทุกที่ เช่นเดียวกับที่สามารถเข้าถึงได้ง่ายขึ้นง่ายต่อการผนวกรวมและแก้ไขปัญหาในวงกว้างขึ้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมนั้นเปรียบเสมือนเทคโนโลยีพื้นฐานที่ช่วยแก้ปัญหาต่าง ๆ เมื่อเทคโนโลยีนี้พัฒนาขึ้นมันจะมาถึงภาคเกษตรกรรมภาคอุตสาหกรรมและภาคธนาคาร

- คุณพูดเกี่ยวกับปี 2024 แต่ถ้าเราพูดถึงความสามารถในการจ่ายของเทคโนโลยีสำหรับธุรกิจหรือแม้แต่เทคโนโลยีที่มีขนาดใหญ่เราจะพูดถึงเงื่อนไขอะไรได้บ้างเมื่อ บริษัท ต่างๆสามารถซื้อเทคโนโลยีดังกล่าวได้

— มีปัญหาประการหนึ่งที่นี่: ยังไม่ชัดเจนว่าจำเป็นต้องใช้มากแค่ไหนถึงเวลาแก้ปัญหาทางเทคโนโลยีของการปรับขนาดคอมพิวเตอร์ควอนตัม อาจจะสามปีหรืออาจจะมากกว่านั้น บางครั้งคุณเข้าสู่ขั้นตอนการใช้งานและพบปัญหาทางเทคนิคที่ต้องใช้เวลาหลายปีในการแก้ไข บางครั้งคุณก็เคลื่อนไหวตามปกติ จนถึงขณะนี้ดูเหมือนว่าจะมีการเคลื่อนไหวแต่ยังไม่ชัดเจน ดังนั้นภายในระยะเวลาห้าปี คาดว่าจะมีการเสนอวิธีแก้ปัญหาที่คุ้มค่า

เกี่ยวกับการเข้าถึง - ไม่ใช่ทุกคนที่จะต้องซื้อคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อลองความสามารถในการคำนวณควอนตัม เพื่อทดสอบเทคโนโลยี IBM ให้การเข้าถึงคลาวด์กับคอมพิวเตอร์ และที่นี่เราเสนอภายใต้กรอบแผนงานเพื่อย้ายไปสู่การสร้างแพลตฟอร์มคลาวด์ เพื่อให้ทุกคนสามารถทดสอบเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าโดยไม่ต้องซื้อคอมพิวเตอร์

- ดังนั้นมันจะเป็นคอมพิวเตอร์ที่สร้างขึ้นเช่นที่ RCC องค์กรอื่น ๆ สามารถเข้าถึงได้

- ไม่จำเป็นต้องอยู่ใน RCC มันสามารถเป็นได้ทุกที่สร้างโดย และแนวคิดหลักคือแพลตฟอร์มนี้จะสามารถเข้าถึงคอมพิวเตอร์ที่แตกต่างกัน เพราะตอนนี้มีคอมพิวเตอร์ควอนตัมสากลเครื่องจำลองมีอัลกอริธึมคลาสสิกที่ได้รับแรงบันดาลใจจากควอนตัม และขึ้นอยู่กับลักษณะและความซับซ้อนของงานมันจะถูกส่งไปหาข้อผิดพลาดไปยังระบบที่เกี่ยวข้อง อย่างที่ตอนนี้เรามีโปรเซสเซอร์โปรเซสเซอร์ร่วมอยู่ข้างในและยังมีโปรเซสเซอร์กราฟิก และสิ่งที่งานคือระบบกำหนดว่าจะส่งไปที่ไหนเพื่อแก้ปัญหา ดังนั้นจึงอยู่ที่นี่: ขึ้นอยู่กับภารกิจแพลตฟอร์มควรเข้าใจว่าควรจะแก้ปัญหาที่ไหนดีกว่า และจะไม่ทำงานกับคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว แต่มีหลายเครื่องและยังมีระบบจำลอง

“ เมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมปรากฏขึ้นมันสามารถถอดรหัสระบบเข้ารหัสทั้งหมดได้” พวกเราพร้อมแล้วหรือยัง?

- การสื่อสารแบบควอนตัมปกป้องสิ่งนี้ ในรัสเซียโซลูชันที่เหมาะสมได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย บริษัท ในเครือของเรา Qrate การติดตั้งการกระจายคีย์ควอนตัม หากวันพรุ่งนี้เกิดปัญหาขึ้นก็จะไม่สามารถแก้ไขได้ในวันเดียวเพราะต้องใช้เวลาในโครงสร้างพื้นฐาน นอกจากนี้ยังมีอัลกอริธึมชนิดใหม่ - อัลกอริธึมที่เรียกว่า post-quantum เราพยายามอย่างเต็มที่ที่จะพบกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอาวุธครบมือ

การสื่อสารควอนตัม- เครือข่ายการสื่อสารที่ปกป้องข้อมูลที่ส่งข้อมูลโดยใช้กฎพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม เป็นการนำไปปฏิบัติจริงของสิ่งที่เรียกว่าการเข้ารหัสควอนตัม สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมและการเข้ารหัส ช่วยให้สามารถส่งข้อมูลระหว่างระบบควอนตัมที่แยกออกจากกันทางกายภาพ ในการคำนวณแบบกระจาย โหนดเครือข่ายในเครือข่ายสามารถประมวลผลข้อมูลโดยทำหน้าที่เป็นประตูควอนตัม การถ่ายโอนข้อมูลที่ปลอดภัยสามารถทำได้โดยใช้อัลกอริธึมการกระจายคีย์

โพสต์การเข้ารหัสควอนตัม- ส่วนของการเข้ารหัสที่ยังคงอยู่เกี่ยวข้องกับการกำเนิดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมและการโจมตี เนื่องจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมเร็วกว่าสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์คลาสสิกอย่างมากในด้านความเร็วในการคำนวณของอัลกอริธึมการเข้ารหัสแบบดั้งเดิม ระบบการเข้ารหัสสมัยใหม่จึงเสี่ยงต่อการถูกโจมตี ระบบการเข้ารหัสแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่อาศัยปัญหาการแยกตัวประกอบจำนวนเต็มหรือปัญหาลอการิทึมแบบไม่ต่อเนื่อง ซึ่งจะแก้ไขได้อย่างง่ายดายบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่เพียงพอโดยใช้อัลกอริทึมของ Shor

- คุณบอกว่าเทคโนโลยีควอนตัมจะเริ่มเข้าสู่ธุรกิจภายในห้าปี

- คอมพิวเตอร์จะปรากฏบนขอบฟ้าของห้าปีผู้ที่จะเริ่มแก้ปัญหาแรกที่มีประสิทธิภาพ นี่คือภารกิจของการแยกตัวประกอบ - หนึ่งในสิ่งที่ยากที่สุดก็จะไม่ถูกแก้ไขในระยะแรก ยกตัวอย่างเช่นมันต้องการพลังงานมากกว่าการสร้างแบบจำลองวัสดุแรก ๆ ข้อกำหนดสำหรับปัญหาการปรับให้เหมาะสมอาจน้อยกว่าการแยกตัวประกอบ นั่นคือขณะนี้มีอัลกอริทึมควอนตัมหลายโหลที่แก้ปัญหาที่แตกต่างกัน อัลกอริทึมของ Shor ซึ่งทำการแยกตัวประกอบที่จะแฮ็คนั้นค่อนข้างมีความต้องการ