Со скоростью кванта
Группа ученых из Российского квантового центра получила патент на физическую реализацию квантового компьютера на основе кудитов — квантовых систем, способных одновременно находиться в более чем двух состояниях. Действие документа распространяется на территорию Российской Федерации до конца 2040 года. В ближайшее время исследователи также планируют подать заявку на международную регистрацию.
Суть исследований
Исследования в области использования кудитов для квантовых вычислений ведутся группой ученых из Российского квантового центра последние несколько лет. Получение патента позволит команде в перспективе подтвердить значимость отечественных разработок на мировом уровне и закрепить исключительное право на архитектуру созданного процессора. Ее особенность заключается в комбинации двух подходов к увеличению мощности квантового компьютера. Квантовые вычислительные устройства используют такие явления квантовой физики, как запутанность и суперпозиция, что позволяет квантовым битам (кубитам) находиться в двух состояниях — и 0, и 1 — одновременно, тем самым решая задачи, недоступные классическим компьютерам и суперкомпьютерам. Однако в физике существуют и расширенные версии кубитов — кудиты, способные принимать более двух состояний: 0, 1, 2 и другие.
В мире над развитием кудитных квантовых процессоров работают только четыре команды. Американская Riggeti Computing использует кудиты на сверхпроводниках, ученые из Пекинского университета — на фотонах, австрийский стартап AQT и исследователи из Российского квантового центра — на ионах. В России создание кудитного квантового компьютера на ионах — это проект лидирующего исследовательского центра при поддержке Российской венчурной компании. «Использование кубитов для квантовых вычислений подразумевает некоторую идеализацию. Кудиты — более естественный выбор. Как показали наши исследования, при реализации квантовых алгоритмов кудиты позволяют существенно экономить ресурсы квантовых процессоров, что особенно актуально для текущего поколения устройств»,— сообщил Алексей Федоров, соавтор патента, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре (РКЦ).
Российский квантовый центр — некоммерческий научно-технологический центр. Ведет научные исследования в области квантовой физики, разрабатывает высокотехнологические коммерческие продукты на основе квантовых технологий. В команде исследователей РКЦ — более 350 ученых, в том числе ведущие российские и мировые специалисты. За 10 лет существования РКЦ сформировал 17 научных групп и проектов, 8 технологических стартапов, построил 16 лабораторий, организовал и провел 6 больших международных конференций и основал 3 научные школы. Именно РКЦ в 2018 году первым в мире запустил квантовый блокчейн, а сейчас участвует в проекте по созданию квантового компьютера под эгидой госкорпорации «Росатом».
С 2018 года Росатом реализует единую цифровую стратегию (ЕЦС), предполагающую многоплановую работу по ряду направлений. В направлении «Участие в цифровизации РФ» является центром компетенций федерального проекта «Цифровые технологии» нацпрограммы «Цифровая экономика РФ», ответственным за создание в России к 2024 г. квантового компьютера, совместно с госкорпорацией «Ростех» выступает соисполнителем дорожной карты по развитию высокотехнологичной области «Новые производственные технологии». Кроме того, в направлении «Цифровые продукты» разрабатывает и выводит на рынок цифровые продукты для промышленных предприятий: 15 цифровых продуктов выпущено на рынок в 2018-2021 г. г., 6 запланированы к выводу на рынок в 2022 году.
Способы применения
«Сообщалось об организации канала защищенной ведомственной связи при помощи квантовых каналов. Год назад была запущена магистральная линия Москва-Петербург длиной 700 км. По плану, до конца 2024 года длительность сети, использующие отечественные решения в области фотоники и квантовой оптики, составит уже 7000 км», – говорит аналитик ФГ «Финам» Леонид Делицын. По его словам, основное преимущество – безопасность передачи данных, поскольку незаметное прослушивание такой сети считается невозможным (микромир меняется из-за того, что его наблюдают, поскольку наблюдение использует воздействие электромагнитного поля).
«Набор квантовых технологий сегодня уже довольно разнообразен: к ним можно отнести и квантовые вычисления, и квантовые коммуникации, и сенсорику. Наукоемкая отрасль, которая активно поддерживается в передовых странах, определяет облик будущего – на горизонте вычислительной техники маячит квантовое превосходство, а в области связи уже активно применяются технологии квантовых коммуникаций, позволяющие надежно хранить секреты обмена сообщениями», – говорит декан факультета информационных технологий и анализа данных Института экономики, математики и информационных технологий (ИЭМИТ) РАНХиГС Павел Голосов. По его словам, квантовые сенсоры формируют пул новых возможностей, например, по моделированию свойств материалов. «О таких технологиях мы рассказываем студентам Академии в одном из модулей общеакадемического курса по цифровой экономике, разработанном совместно с Российским квантовым центром», – говорит эксперт. Помимо ряда уважаемых вузов и исследовательских групп, активными игроками в области квантовых технологий выступают Росатом (квантовые вычисления), РКЦ и МИСиС (например, квантовые коммуникации, квантовый блокчейн), РЖД (квантовые коммуникации). «Знакомство со стендами, демонстрирующими линию квантовых коммуникаций, позволяет наглядно приблизиться к понимаю свойств квантово-физических явлений, совершенно неочевидных на первый взгляд», – добавляет Павел Голосов.