Дом для квантов: как работает Российский квантовый центр
В 2019 году была утверждена пятилетняя дорожная карта развития квантовых технологий в России. Значительный вклад в создание этого документа внес Российский квантовый центр, который занимается научными разработками в этой сфере и их коммерциализацией. Мы побывали в штаб-квартире центра, а оттуда попытались проникнуть в квантовое будущее.
Российский квантовый центр (РКЦ) был создан в конце 2010 года для развития в России квантовых технологий и стал одним из первых резидентов “Сколково”. Идея его основания принадлежит трем выпускникам МФТИ: предпринимателю и венчурному инвестору Сергею Белоусову, а также известным физикам, профессорам Гарвардского университета Михаилу Лукину и Евгению Демлеру.
Центр ведет свою деятельность в основном за счет грантов и инвестиций партнеров, в частности фонда “Сколково” и Газпромбанка, которому принадлежит доля 47,5% в уставном капитале РКЦ. Генеральный директор центра — кандидат физико-математических наук Руслан Юнусов.
РКЦ позиционируется как научно-исследовательское учреждение нового для России типа, работу которого совместно курируют как ведущие ученые, так и руководители высокотехнологичных компаний. Набор научных сотрудников центра ведет независимый международный консультационный совет.
Сейчас РКЦ объединяет в себе 14 научных групп и семь спин-оффов (компании, созданные для развития коммерческого применения тех или иных разработок). Всего в центре трудятся 250 специалистов, средний возраст которых составляет 35 лет. В 2018 году сотрудники РКЦ опубликовали более 20% всех российских статей по физике в престижных журналах Nature, Science и Reviews of Modern Physics.
В 2019 году РКЦ переехал в специально созданный для него комплекс помещений в инновационном центре “Сколково” площадью 4,3 тыс. кв. м, что в три раза больше предыдущей временной квартиры организации. И именно на новом месте удалось побывать корреспондентам портала.
От теории к практике
Нам показали три лаборатории РКЦ. Перед экскурсией руководитель группы квантовых информационных технологий центра Алексей Федоров ознакомил нас с устройствами квантовых коммуникаций (квантовая криптография или квантовое распределение ключей), разработкой которых занимается компания “КуРэйт”, флагманский спин-офф РКЦ.
Квантовая криптография — это новый подход к обеспечению безопасности информации на основе принципов квантовой физики, когда формируются идентичные ключи шифрования, известные только легитимным пользователям. Что же для этого нужно?
Устройства компании “КуРэйт” представляют собой два достаточно больших черных ящика, соединенных обычным оптоволоконным кабелем. В квантовой криптографии информация шифруется в квантовые состояния. Это означает следующее: при приготовлении квантовой частицы света (фотона) с помощью, например, ослабленного импульса лазера в параметры квантовой частицы, такие как поляризация или фаза (ведь свет представляет собой электромагнитную волну), кодируются определенные значения. Этот процесс происходит в одном из устройств, при этом другое проводит измерения этого квантового состояния.
В результате такого взаимодействия формируется ключ шифрования данных, стойкость которого обеспечена законами физики. Дело в том, что с появлением квантовых компьютеров современная асимметричная криптография, которая повсеместно используется для защиты данных, в том числе в интернете, не сможет обеспечить необходимый уровень защиты, поэтому квантовая криптография уже сегодня должна применяться теми, кому важна долгосрочная конфиденциальность, — банками, корпорациями, правительствами.
Как отмечается в отчете центра за 2017–2019 годы, в прошлом году “КуРэйт” начала уже серийное производство установок квантовой криптографии, после того как успешно провела испытания своего оборудования в сетях Гапромбанка, Сбербанка и “Ростелекома”.
Федоров рассказал, что спин-офф QAPP, которым он руководит, разрабатывает квантово защищенные алгоритмы, которые также способны обезопасить от атак квантовых компьютеров. Компания создала специальную библиотеку квантово защищенных алгоритмов, которая может быть встроена в любые решения по обеспечению информационной безопасности данных, например финансовых или медицинских.
Еще одной разработкой, которую нам удалось увидеть, стал сверхчувствительный сенсор магнитного поля на основе феррит-гранатовых (магнитный диэлектрик с уникальными свойствами) пленок, который создала дочерняя компания РКЦ — ООО “М-Гранат”. Собранные на основе таких сенсоров магнитометры можно, например, использовать в медицинской диагностике, проводя измерения магнитного сигнала от сердца (как взрослого человека, так и плода в утробе матери), мозга. Такие исследования позволяют обнаруживать отклонения в работе органа на ранней стадии и более точно ставить диагноз. Кроме того, с их помощью можно с высокой точностью детектировать магнитные нанометки для локализации раковых опухолей, что значительно упрощает диагностирование.
В лаборатории спин-оффа Dephan его технический директор Евгений Левин рассказал и показал, как выглядит высокочувствительный твердотельный фотоумножитель нового поколения с расширенным динамическим диапазоном, высоким быстродействием и низким уровнем собственных шумов, который создала компания. В 2018 году компания изготовила инженерные образцы для различных областей применения.
В частности, изобретение может использоваться в лидарах — специальных устройствах, определяющих расстояние до возможного препятствия и позволяющих беспилотным автомобилям и дронам успешно передвигаться в пространстве. Оно также может найти применение в медицинской визуализации (позитронно-эмиссионная томография, гамма-камеры), 3D-визуализации, ядерной физике и так далее. Изобретение уже запатентовано по всему миру, отличается от аналогов лучшими техническими характеристиками и намного более доступной ценой.
Роботы и кванты
Лаборатория когерентной микрооптики и радиофотоники в первую очередь специализируется на исследовании различных эффектов в микрорезонаторах и ищет этому практическое применение. Например, такие эффекты могут использоваться в спектроскопии биологических веществ, в частности глюкозы.
Сейчас подобные установки достаточно сложны и громоздки, а в будущем благодаря квантовым технологиям могут стать компактными и даже устанавливаться на носимых устройствах, чтобы каждый человек мог быстро проверить состояние своего здоровья. Другая сфера применения — передача данных в оптоволоконных телекоммуникационных сетях на рекордных скоростях: не сотнях гигабайт, как сейчас, а сотнях терабайт.
Напоследок мы посетили лабораторию квантовой оптики, которая известна во всем мире благодаря своим исследованиям необычных квантовых состояний света. Это и квантовая телепортация (передача на расстояние состояния кванта), и оптические коты Шредингера (воспроизведение мысленного эксперимента одного из создателей квантовой механики Эрвина Шредингера в реальных условиях). Сейчас сотрудники лаборатории сфокусированы на том, чтобы совместить робототехнику и квантовые вычисления и, например, проводят эксперименты, часть которых контролируется искусственным интеллектом.
Алексей Федоров уверен, что принятие в 2019 году дорожной карты развития квантовых технологий в России для нацпроекта “Цифровая экономика” стало знаковым событием, которое позволит еще более активно идти вперед не только РКЦ, но и всей отечественной отрасли в целом. Это важно для того, чтобы Россия могла успешно конкурировать в мировой квантовой гонке.
Публикации: Обзоры
О Российском квантовом центре.
Автор(ы): Наталья Демина
01 февраля 2014
| of your page –> |
| Tweet |
Долгая дорога в Сколково, маршрутка от м. “Славянский бульвар” и вот я иду к синему зданию Сколковского Технопарка. 17 декабря 2013 года здесь, с перерезанием красной ленточки, состоялось торжественное открытие лабораторного комплекса Российского квантового центра. Три лаборатории: квантовой оптики, квантовой симуляции и передовой фотоники уже построены и в них уже идут эксперименты.
Ленточку перерезали глава Попечительского совета РКЦ и генеральный директор компании Acronis Сергей Белоусов, ректор Сколковского института науки и технологий Эдвард Кроули, министр науки, промышленной политики и предпринимательства города Москвы Алексей Комиссаров и генеральный директор Российского квантового центра Руслан Юнусов.
Первое яркое впечатление, правда, от неквантовой технологии – это «бахилонадевательница». Ставишь ногу в аппарат, и тот за пару секунд покрывает подошву обуви пленкой, защищая лаборатории от грязи. Оказалось, что такая штука стоит около 30 тыс. рублей и, возможно, скоро появится там, где обычно надевают бахилы. «Я тоже такую в Данию хочу», – весело говорит профессор Юджин Ползик, хорошо знакомый читателям «Полит.ру» по интересным интервью и публичной лекции. Он только что вернулся с часового эфира на радио, где рассказывал про РКЦ.
Профессор физического факультета Университета Калгари (Канада), руководитель лаборатории квантовой оптики РКЦ Александр Львовский в видеокомментарии «Полит.ру» отметил, что их научная группа занимается квантовыми технологиями света: «Почему свет? Среди многочисленных систем, которые составляют интерес для квантовых технологий, квантовой обработки информации, свет играет особую роль, потому что это – единственный возможный агент коммуникации. Есть разные системы, у них разные достоинства и недостатки, но ни одна из них, кроме света, не может быть использована для передачи информации на далекие расстояния».
В Лаборатории идет работа по томографии квантовых процессов
«Из чего бы ни были сделаны будущие квантовые компьютеры, нет сомнения, что они будут разговаривать друг с другом посредством света, посредством фотонов. Ну, а свет – довольно сложная система. Многие технологии, которые очень легко даются другими квантовыми объектами, со светом очень непросты. Даже такая вещь как, допустим, генерация новых фотонов – совсем непростая задача. Получить один атом или один ион или одну квантовую точку – это просто, а вот получить один фотон – это задача совсем непростая. И это одна из тех задач, которые мы пытаемся решить», – рассказал Львовский.
Александр Львовский (слева) в своей лаборатории в РКЦ
«Если говорить о квантовых технологиях света, то можно выделить пять задач, которые нужно решить, чтобы говорить, что свет – это работающая квантовая система для квантовой обработки информации. Эти пять задач: это синтез, измерение, манипуляция квантовыми состояниями, квантовая память для света и приведение фотонов во взаимодействие друг с другом. И здесь в этой лаборатории мы, собственно, эти задачи и пытаемся решать», – резюмировал он.
Видеокомментарий А. Львовского
В лаборатории Александра Львовского работают: Илья Федоров, выпускник Физтеха, начавший работу в РКЦ в качестве аспиранта, Юрий Курочник, окончивший аспирантуру Физтеха в прошлом году, и пришедший в РКЦ на должность постдока. Кроме того, в исследованиях принимают участие Дмитрий Мыльников, аспирант, Алексей Федоров, студент, и Арсений Боженко, инженер.
Создатели РКЦ отмечают, что сейчас при центре действуют шесть научных групп, в пяти уже идут эксперименты, и есть планы довести это число до десяти. Идет работа над созданием новых лабораторий.
Глава Исполнительного комитета РКЦ, профессор физики Института Нильса Бора при Копенгагенском университете (Дания) Юджин Ползик отметил, что лаборатории РКЦ начали строиться примерно год назад и сейчас – это «вполне работающие лаборатории, в которых производятся удивительные эксперименты».
Он рассказал, что «в лаборатории квантовой оптики проводятся эксперименты с одиночными фотонами и всякими хитрыми перепутанными состояниями света и, наверное, это замечательная фундаментальная наука, а, во-вторых, из нее можно выйти польза с точки зрения коммуникаций, которые будут обладать абсолютной безопасностью, потому что их нельзя будет перехватить. Законы квантовой механики не разрешают перехватывать, будучи незамеченными».
«Мне очень приятно быть в этой лаборатории, потому что я хорошо помню, как в апреле 2012 года мы с моими коллегами Джоном Дойлом, Михаилом Лукиным и Владимиром Шалаевым приехали в Москву, для того чтобы выбрать подходящее место для Российского квантового центра. Нам очень понравилось здесь на -1 этаже Сколковского технопарка. Здесь не было ничего, кроме голых стен, но было понятно, что есть хороший потенциал для работы, и как вы видите, все совершенно замечательно развилось».
«В этих лабораториях работают постоянные руководители групп Российского квантового центра, а также приглашенные профессора, которые здесь работают часть времени, а часть в других университетах мира», – отметил Юджин Ползик.
«Центр, конечно, еще находится в периоде строительства. Фундаментальный центр науки построить в полном объеме, даже со всеми деньгами, невозможно быстрее, чем за 5-7-10 лет. Ученые любят стабильность, долговременные перспективные, а в России эти параметры начинают потихонечку развиваться, но мы, как Международный консультативный комитет РКЦ, очень надеемся, что работа центра будет с успехом продолжаться. И Россия не забудет о своих потрясающих традициях фундаментальной науки и не забудет, что такая страна как Россия просто обязана развивать фундаментальную науку», – заявил профессор Ползик.
Отвечая на вопрос о том, можно ли назвать исследования в РКЦ инновациями, Юджин Ползик подчеркнул, что ему нравится думать, что «та наука, которой она занимается, квантовая физика и квантовые технологии, с одной стороны, это абсолютно фундаментальная наука, а с другой – это, при всем моем уважении, не астрофизика». «Здесь совершенно очевидно, что все современные приборы, которые вокруг нас существуют, все удобства, не существовали бы, если бы 100 лет назад не была бы открыта квантовая физика, и на ее основе не были бы сделаны полупроводники, сверхпроводящие и композиционные материалы. Куда хотите, туда смотрите, но без квантовой физики мы бы жили так, как в XIX веке».
«А теперь квантовая физика переживает вторую революцию, это связано с тем, что она начала смыкаться с теорией и практикой информационных технологий. Как мы все хорошо знаем, то самое главное – это обмен и хранение информации, и эти обмен и хранение сейчас переходят на новый, качественный уровень – квантовая информация. Квантовая информация сливаясь с квантовой физикой открывает нам совершенно замечательные двери», – подчеркнул Юджин Ползик.
Видеокомментарий Юджина Ползика
Продолжая экскурсию по РКЦ, профессор Ползик также отметил, что «в лаборатории, находящейся рядом с лабораторией квантовой оптики, построен источник лазерного света, который достаточно уникален и позволяет использовать лазерное излучение, например, для биологических проб». В течение осени был введен в строй уникальный в мировом масштабе инфракрасный лазер, дающий сверхкороткие импульсы излучения мощностью до 400 ГВт.
«И, наконец, в еще одной лаборатории работают с совершенно замечательными вещами – холодными атомами, которые в ближайшем будущем будут использоваться для моделирования материалов, которые невозможно рассчитать на компьютере», – отметил Ползик.
Профессор Ползик также рассказал, что в строящейся лаборатории будет идти работа над метаматериалами, т.е. новые конструктивными материалами с уникальными свойствами, с использованием квантовых технологий.
Юджин Ползик (слева) и Руслан Юнусов
«Есть ли уверенность, что РКЦ будет развиваться в будущем? Нет ли проблем с финансированием?», – спросила я у генерального директора Руслана Юнусова. «Сложности с финансированием в России всегда есть», – ответил он. «Однако у нас пока есть пятилетний грант, до конца которого еще 3,5 года. В этом горизонте мы считаем, что все у нас будет хорошо. Конечно, мы работаем над привлечением различных других источников финансирования. Мы подаем на гранты Министерства образования и прочих структур. Сейчас мы готовимся к выходу на европейский рынок. В Европе существуют несколько программ, которые готовы финансировать совместные исследования между Россией и Европой. У нас есть партнеры в Европе, которые готовы с нами сотрудничать».
«На сегодня у нас работает порядка 70 человек. Запущены три лаборатории в Сколковском Технопарке и еще три совместных лаборатории: в МГУ, ФИАНе и Черноголовке. Это те лаборатории, где уже ведутся эксперименты».
«Чем вы больше всего гордитесь из уже созданного?», – спросила я. Напомню, что центр был основан 3 года назад, 14 декабря 2010 года. «Сам сегодняшний день, что он состоялся. Потому что в этих помещениях год назад были склады, и за год нам удалось преодолеть путь, который нетипично быстр даже для иностранцев. Зарубежные ученые, приезжавшие к нам сюда летом, были удивлены нашими темпами. И, конечно же, очень приятно видеть, что результаты нашего труда уже нашли воплощение в жизни, в экспериментах, в исследованиях. И для этого пришлось преодолеть достаточно много: начиная от подготовки помещений и всей инфраструктуры до закупки и монтажа оборудования».
«Можно ли сказать, что в вашем центре ученые получают максимально приближенные западным условиям или пока далеко от этого?», – поинтересовалась я. «Да-да, основная идея строительства нашего центра заключается в том, чтобы взять западную модель и по западной модели на условиях открытого международного конкурса привлечь сильнейших ученых и запустить исследования. Ключевым моментом является открытый международный конкурс, и чтобы на этот конкурс были поданы сильные заявки, нужно иметь достаточно авторитетные органы управления. Такими и являются наш Исполнительный совет, Консультативный совет и Попечительский совет, включая двух Нобелевских лауреатов («Полит.ру» – Вольфганга Кеттерле (2001) и Дэвида Гросса (2003))».
Видеокомментарий Руслана Юнусова
«Нам удалось собрать достаточно серьезное число заявок, и по результатам конкурса уже отобраны девять. В пяти группах уже идут эксперименты. И сами условия работы мы стараемся максимально приблизить к западным», – сказал Юнусов, выпускник физического факультета МГУ и АНХиГС.
«А какие проблемы еще остаются или о них не хочется говорить в день открытия?» «Проблем всегда много. Вопрос в том, что мы ориентируемся не на то, как у нас много проблем и как нам тяжело жить, а на то, насколько быстро, максимально эффективно развиваться. Мы сами для себя поставили высокую планку. И стараемся ее не уронить», – заключил гендиректор РКЦ.
В одной из лабораторий было темно, темноту прерывал только свет от видеокамер.Алексей Желтиков, руководитель лаборатории «Передовая фотоника», профессор МГУ и Техасского университета A&M, рассказал журналистам о том, как идет работа в его группе.
«Хорошие эксперименты любят тишину и спокойствие», – отметил он. – «Ключевые люди, работающие над каким-то важным экспериментом, работают круглосуточно. Голова работает все время. В этой лаборатории меня окружают много талантливых людей. И их талант 24 часа в день и 7 дней в неделю постоянно работает над тем, чтобы их часть эксперимента получилась наилучшим образом».
Алексей Желтиков рассказывает о своих исследованиях
«Сюда можно прийти в любое время и днем, и ночью. Это большое преимущество. Не во всех научных отечественных учреждениях работа устроена таким образом», – подчеркнул Алексей. – «Это то, к чему ученый привыкает, когда начинает работать в зарубежных институтах. … Моя задача круглосуточно заниматься научными исследованиями и стараться объяснять то, что я делаю широкой публике».
Кандидат физико-математических наук Любовь Амитонова работает младшим научным сотрудником в Лаборатории нейрофотоники в Курчатовском центре (в группе Константина Анохина) и научным сотрудником в РКЦ у Алексея Желтикова, имея возможность разрабатывать и применять новые методы исследования. «Мы разрабатываем новые оптические методы для решения задач нейробиологии. В Квантовом центре и МГУ мы разрабатываем новые методы волоконно-оптической микроскопии, позволяющие работать с живыми, свободно подвижными животными. А в Курчатовском центре у нас есть уникальная возможность пробовать эти методы на животных и включаться в исследования по нейробиологии».
«Тайны мозга откроются методами квантовой оптики?». «Все вместе! Это – настолько сложный объект, что нужны новые методы, нужно использовать все возможности. И квантовая оптика дает те возможности, которых не было у современной биологии», – считает Любовь.
Видеокомментарий Любови Амитоновой
«В чем преимущества вашей работы в РКЦ? Почему вам нравится приезжать сюда, работать здесь?», – продолжала допытываться я. «Здесь есть современное оборудование, которое трудно где-то найти еще. И уникальная возможность приезжать сюда в любое время, когда потребуется. Вечером, ночью, утром. Очень удобно».
Вместе с тем, проблемы у Центра остаются. Здесь и общая нестабильная ситуация в стране и вокруг Сколково, которая беспокоит ученых. Кроме того, есть трудности и с закупкой оборудования. Так, профессор Львовский рассказал, что если в Канаде на заказ какой-то нужной микросхемы нужно 1-2 дня, то здесь при самых энергичных усилиях – месяц. Да, в Сколково уменьшена налоговая нагрузка и не взимаются таможенные сборы, но это совершено не значит, что здесь меньше бюрократии. Если ты что-то покупаешь, то ты не просто заполняешь таможенную декларацию, но и должен в письменном виде доказать, что оборудование нужно тебе для исследований.
«Что же здесь лучше, чем в Канаде?», – спросила я Александра Львовского. «Очень хорошие студенты, аспиранты и сотрудники. По сравнению с тем, что в Калгари – это небо и земля».
Российский квантовый центр — другая наука в России
Физик-экпериментатор Александр Львовский рассказал Дмитрию Ицковичу, Борису Долгину и Анатолию Кузичеву о преимуществах европейского образования и об амбициозном будущем Российского квантового центра в передаче «Наука 2.0» — совместном проекте информационно-аналитического портала «Полит.ру» и радиостанции «Вести FM». Это не прямая речь гостя передачи, а краткое содержание, пересказанное редакцией «Полит.ру».
Международная научная система
Я отучился на Физтехе четыре года, а затем уехал. Но уехал я с образованием, которое было эквивалентно западной степени бакалавра. Это, на самом деле, даже выше бакалаврского уровня. Когда я приехал в Америку в 93-ем году, мой уровень подготовки был выше среднего уровня моих однокурсников. До этого я написал заявления в десяток университетов. Взяли меня, кажется, в три: Брандайс, Стэнфордский и Колумбийский университеты. Я бы поехал в Стэнфорд, но там был факультет химических технологий. Это меня не очень интересовало, поэтому я поступил на физический факультет в Колумбийский университет.
Сейчас у меня пожизненная профессура. Есть три вида обязанностей, которые я должен выполнять перед университетом: публикация научных статей в ведущих научных изданиях, преподавание и так называемый сервис . Сервис заключается в службе в комитетах, в организации работы университета – у нас самоуправление.
Поступить в западный университет, отучившись 4 года, не так сложно. Во-первых, за это не надо платить. А во-вторых, имеется дефицит хороших абитуриентов. Я бы рекомендовал это для карьеры.
В России есть преподаватели университетов, институтов, которые преподают по 10 часов в неделю, но с наукой практически не связаны, или по 20 часов, и практически не ведут научную деятельность. А есть научные сотрудники, которые живут в НИИ и которые почти не преподают или преподают и обучают более юных сотрудников.
В международной научной системе это не совсем так. Люди и преподают, и занимаются научной работой со студенческой скамьи: студенты-дипломники, аспиранты должны преподавать, вести лабы, какие-то семинары – и благодаря этому им не нужно платить за обучение. Им платят стипендии, что очень удобно, ну а на более высоком уровне профессора должны уже вести какие-то лекции и так далее.
Что я подразумевал под самоуправлением? Все вопросы жизни факультета в основном решают сами профессора, хотя и более нижние чины допускаются до собрания, но не имеют права решающего голоса. Получается управление наиболее старшими.
Например, я был членом комитета, который определяет жизнь аспирантов и дипломников на факультете. Комитет определяет, во-первых, порядок приема новых студентов. Каждый год поступают сотни заявлений, нам нужно как-то их обрабатывать. Во-вторых, мы определяем набор курсов, которые студентам нужно брать, и кто эти курсы будет преподавать. В том числе, и какие требования предъявлять к студентам. Если у студентов возникают какие-то трудности, мы пытаемся их решить.
Участвовать в управлении должны все профессора, это обязательно. Избирается только руководитель комитета, но, как правило, никто не хочет идти на эту должность. Приходится постоянно заниматься администрированием, и на науку не остается времени.
Калгари, в котором я работаю, – это среднего уровня университет, но Квантовый институт при университете – один из лучших в мире. Правда, университет выделяет на него финансирование, которого хватает только на администратора.
Выбор университета
Понимание того, какой институт лучше, какой хуже, зависит от репутации людей, которые там работают. Они во многом определяют и репутацию института. Только если это Гарвард, то туда плохих специалистов просто не берут.
Понять, какие университеты в Америке хорошие, уже не так просто, если смотреть на стоимость обучения. Многие государственные университеты дешевле частных и при этом лучше. Есть многие частные университеты, учеба в которых стоит бешеных денег – в них учатся дети политиков, юристов. Это могут быть хорошие, престижные университеты, но в области точных наук не очень сильные.
Чтобы разобраться, надо просто читать обзоры. Если ребенок захотел заниматься именно квантовыми технологиями, нужно посмотреть, где есть сильные квантовые группы, почитать их сайты. Проглядеть, кто публикует статьи в научных журналах Science и Nature . Правда, не исключено, что пока родитель будет искать университет для ребенка, он (родитель) сам станет неплохим специалистом в области квантовых технологий.
Насколько я знаю, в европейских и американских университетах действительно больше курсов, которые можно выбирать студенту самому, чего не хватает российским вузам. Есть определенный набор курсов, который можно взять в любой последовательности. Это некоторая свобода. И, кроме того, есть требование – студент должен взять какое-то количество курсов за пределами факультета. Если вы, к примеру, изучаете точные науки, то вы должны взять четверть курсов, допустим, на факультете искусства или на факультете физической культуры. Я думаю, что это оправдано. Высшее образование подразумевает некоторый кругозор.
Устройство российского квантового центра
Российский квантовый центр (РКЦ) пока только создается. Идея заключается в создании некой научной организации, которая будет заниматься технологией, но которая, кроме того, будет организована по международному принципу и совершенно иначе, нежели сейчас организована наука в России. Речь идет об организационной структуре, уровне финансирования и зарплат.
Почему это важно?
Российская наука является наследием советской науки. Советская наука создавалась в основном для «холодной войны» и служила этим целям довольно эффективно. А сейчас, в 90-х годах, когда финансирование уменьшилось, и цель исчезла, эффективность, которая измеряется количеством научных статей с высоким индексом цитируемости, приглашениями на конференции, резко упала. Советская система была изолирована – и сейчас она перестала работать. Один из основных принципов науки, что позволяет ей существовать, – это ее международный характер, интернационализм.
Представим себе немца Юргена. Немец Юрген отучился в Германии, защитил там диплом, а потом поехал в аспирантуру в Канаду. Затем закончил аспирантуру, получил ученую степень и поехал постодоком (молодым кандидатом наук) в Данию по контракту. После этого он поехал, допустим, в Японию. Потом он может вернуться к себе в Германию и стать профессором. В результате, он побывал в нескольких местах, в каждом из которых приобрел опыт. Каждый такой профессор является уникальным сплавом опытов.
Тут надо сказать, что вышеупомянутые страны не случайны. Речь идет даже не о странах, а об институтах международного уровня. Международный опыт будет неоценим, если у института есть соответствующая репутация. Он может находиться даже в Зимбабве, это не важно. Другое дело, что в Зимбабве это будет не просто устроить. Для того, чтобы нормально работал научный институт, нужно, чтобы работали и другие социальные институты. Именно поэтому это будет не просто создать в России. Но пытаются.
Российский квантовый центр формально будет функционировать в рамках «Сколково». Сейчас «Сколково» – это чистое поле, там пока ничего нет. В первое время мы будем работать в разрозненных исследовательских институтах. Какие-то лаборатории будут в МГУ, какие-то – в Физическом институте академии наук, какие-то в Черноголовке, а потом, когда будет построено здание, как мы надеемся, институт переедет в Сколково. Это будет совокупность лабораторий, которые занимаются разными аспектами квантовых технологий.
В стационарном состоянии это будет от 10 до 20 исследовательских групп. Каждая группа будет возглавляться постоянным сотрудником с пожизненной позицией – tenure position , как говорят по-английски. А остальные позиции будут контрактные, на них будут наниматься сотрудники. Это будут такие позиции, на которые Юрген вместо того, чтобы поехать на постдока в Японию, поедет в Россию. Главное – это ему должно хотеться приехать сюда. Мы хотим, что было соревнование.
Сейчас в Германии есть институт Макса Планка по квантовой оптике. Еще один институт Макса Планка просто по оптике. Есть Центр ультрахолодных атомов Гарвард – Массачусетский технологический институт. Есть институт в Сингапуре и институт фотоники в Барселоне.
Я подписывался под письмом, которое было адресовано президенту России, по поводу организации науки в России и как ее спасать. Один из основных тезисов письма: наука терпит крах, и если срочно не вмешаться, в частности, финансированием, то наука в России просто погибнет.
Одна из идей по спасению, которую мы предлагали, – это как раз создание таких федеральных научных центров, которые основаны на вышеописанных принципах. В частности, управление должно осуществляться неким международным комитетом, состоящим из лучших умов. Во-вторых, это временный, контрактный характер большинства позиций. В-третьих, тщательная международная экспертиза проектов и т. д.
Сейчас вузам начали давать очень разумное финансирование на научные исследования. Есть много грантовых программ и в академии, и в министерстве наук, которые, в общем, работают. И в основном это государственные деньги.
Кадры и финансы РКЦ
В РКЦ будет несколько лабораторий по квантовым технологиям. Квантовые технологии можно определить как контроль над квантовыми системами на уровне их индивидуальных микроскопических компонент. Сейчас в России, безусловно, имеются специалисты в этой области. Они работают в Московском университете, в Физическом институте академии наук. Многие НИИ, к сожалению, полностью потеряли свой статус, но некоторые сохранили: это Институт теоретической физики имени Л.Д. Ландау, Петербургский государственный университет, Физико-технический институт в Петербурге, Казанский университет.
Мы не устанавливаем ограничения по профилю компетенций в РКЦ, но существует нижняя планка по уровню специалистов. Мы будем приглашать на работу профессоров, исследователей посредством объявлений. Каждое из объявлений будет по определенным направлениям. Эти направления – ведущие направления современных квантовых технологий.
Например, будет направление по квантовой оптике, квантовому моделированию или квантовым датчикам. То есть то, что я упомянул, мы постараемся максимально широко представить. В пределах каждого из этих наиболее широких направлений возможны различные отклонения. В этих пределах мы будем уже смотреть на качества людей.
Мы надеемся начать набор в течение полугода. В чем проблема? «Сколково» дает неплохое финансирование, но это финансирование кратковременное. Каждые несколько месяцев мы должны сдавать отчеты, и каждый раз мы не будем уверены в том, что финансирование будет продолжено. В таких условиях невозможно нанять никого на пожизненную профессуру.
Это может быть перестроено посредством создания эндаумента – когда один или несколько капиталистов дают свои деньги. Эти деньги не тратятся, их кладут в банк, и дальше на проценты от этих денег платится зарплата профессорам. Нам удалось привлечь на сторону квантового центра ведущих (преимущественно российских) капиталистов, которые, как мы надеемся, дадут нам какие-то деньги.
Российский квантовый центр, или Новый микромир нашей науки
С успехами в квантовой физике связывают будущую научную революцию, на пороге которой, полагают многие учёные, находится цивилизация. Россия пытается стать участником этих грандиозных событий и открывает квантовый центр, в котором будут работать учёные со всего мира – лучшие из лучших в своих областях. Предварительно проект создания Центра был одобрен четыре месяца назад; на днях его окончательно утвердили на научном совете Сколково. О том, как новая структура будет способствовать развитию и интернационализации отечественной науки, – в интервью с членом управляющего комитета Центра, профессором университета Калгари в Канаде Александром Львовским.
Александр Львовский: «Мы надеемся создать такие условия, при
которых ведущие учёные всерьёз будут рассматривать вариант работы
в Российском центре».
– Александр, расскажите, что будет представлять собой Российский квантовый центр и вообще зачем его создавать?
Понимаете, согласно закону Мура, наши компьютеры становятся всё быстрее потому, что микросхемы, из которых они состоят, постоянно усложняются. В каждой микросхеме умещается всё больше транзисторов, размеры которых постоянно уменьшаются и скоро будут сопоставимы с размерами атомов. Это означает, что мы приближаемся к границе между макроскопическим миром, в котором мы живём, и микромиром, который управляется совершенно другими законами – законами квантовой физики. Когда мы приблизимся вплотную к квантовому рубежу, все наши знания и умения, вся наша интуиция, которую мы приобрели за сто лет существования классической электроники, окажутся бесполезными.
Вот представьте, что вы пришли на стадион и обнаружили, что мяч летит одновременно через двое ворот и ведёт себя по-разному, в зависимости от того, есть ли на стадионе публика или нет. До такой же степени не интуитивным для нас является квантовый мир. Поэтому имеет смысл уже сейчас, хотя мы предполагаем, что это произойдет не сегодня, а в течение одного-двух десятилетий, готовиться к пересечению квантового рубежа, изучать, что за ним, разрабатывать технологии, которые пригодятся, после того как мы шагнём в этот микромир. И, конечно, готовить кадры, которые будут знать квантовую физику и которые смогут вершить эту квантовую революцию непосредственно, когда общество столкнётся с ней.
– Насколько сегодня продвинулось это научное направление в мире, есть ли центры, подобные тому, который предполагается создать в России?
В мире очень популярно это направление. Уже создано несколько центров, целиком посвящённых квантовой тематике, практически в каждом хорошем физическом институте есть одна-две лаборатории, которые ведут теоретические и экспериментальные исследования в этом ключе. Например, две организации в структуре общества Макса Планка в Германии работают именно по квантовой физике – Институт квантовой оптики и Институт науки о свете. В Барселоне есть институт фотоники, в крошечном государстве Сингапур создана отдельная структура для изучения квантовых технологий, в которую инвестировали 100 миллионов долларов. И, конечно, в США работает множество институтов, которые либо целиком, либо частично занимаются квантовой тематикой.
– В России тоже немало физических институтов, в структуре которых можно было бы открыть квантовый центр. Почему всё же решили создавать новую организацию?
Здесь вся суть в том, что наш институт будет частью международной научной системы, тогда как современные российские академические институты, к сожалению, наоборот теряют свою интегрированность в международное сообщество. Как правило, учёные не имеют возможности взаимодействовать со своими коллегами из зарубежных научных центров. А в современных условиях при таком подходе работать невозможно.
Научный товар, как и многие другие, является рыночным, хотя и очень специфическим товаром.
В этом сегменте также существует международная конкуренция, покупатели, какие-то метрики успеха. Сейчас ситуация такова, что большинство российских академических институтов не участвуют в этой системе, их просто нет на этом рынке. Получается, проще создать новую организацию, чем перевернуть уже сложившуюся рабочую траекторию действующих институтов.
– На какой стадии находится сейчас проект создания Центра? Известно, кто его возглавит, кто там будет работать?
Формально проект создания Российского квантового центра был предварительно одобрен четыре месяца назад; на днях его окончательно утвердили на научном совете Сколково. На сегодняшний день уже подготовлен проект нового здания, есть бюджет. Пока собственных помещений нет, лаборатории будут работать в здании МГУ по договорённости с руководством университета. Мы его немного отремонтируем, и с начала 2012 года начнём научную работу.
Что же касается кадров, то они подобраны только на ключевые должности. Сформирован международный консультативный совет, состоящий из крупнейших учёных, работающих в нашей области, а также попечительский совет из представителей крупного бизнеса и правительства. Список есть на сайте Центра. Эти люди не будут заниматься собственно научной работой в центре, но будут осуществлять общее руководство и контроль над его деятельностью. Их авторитет в научных, деловых и политических кругах является гарантом качества выпускаемой Центром научной продукции. Если это качество будет низким или, скажем, финансирование будет использоваться неправильно, они не побоятся во всеуслышание заявить об этом.
Кроме того, существует управляющий комитет (в нём состою и я), который занимается созданием Центра в Москве. Возглавит этот комитет и Центр Томмасо Каларко, профессор университета Ульма, опытный организатор науки, координатор нескольких европейских научных проектов.
Потом ещё, с 13 по 17 июля в Москве состоится конференция, организованная Центром, на которую приедут лучшие умы со всего мира. Там расклад такой: примерно двадцать человек будет ведущих учёных и примерно сорок молодых учёных, которые, как мы надеемся, заинтересуются возможностью работы в Центре и которых мы прямо там, на конференции, сможем проинтервьюировать, чтобы понять, целесообразно ли привлекать их на постоянные позиции. То есть эта конференция даст нам возможность рекрутировать первых сотрудников, а они уже будут подыскивать себе постдоков, аспирантов, студентов. Кого-то, может, сразу отправят на практику за границу, чтобы через полгода они могли уже работать в Центре над своими проектами. Разумеется, будем также давать объявления о вакансиях в ведущих научных журналах Nature, Physics Today, Science.
– В руководстве Центра много известных учёных, есть нобелевский лауреат. Насколько сложно было собрать такую представительную команду?
Это стало возможным благодаря Мише Лукину – одному из инициаторов проекта, руководителю международного консультативного совета центра. Ему около сорока лет, он учился в России, сейчас – профессор Гарвардского университета… На сегодняшний день он, пожалуй, один из наиболее влиятельных учёных в области квантовой физики. Когда он бросил клич, что в России собираются организовывать такой центр, очень многие откликнулись. Но, разумеется, не только благодаря его авторитету, а ещё и в связи с тем, что в мире очень уважают российскую научную ментальность, традиции, историю.
Многие видят колоссальную потерю в том, что в последнее время российская наука утратила свои позиции. И цель возрождения российской науки, которую мы перед собой ставим, близка сердцам очень многих учёных в мире.
– На каких условиях предполагается привлекать к работе в Центре «лучших из лучших»?
Мы надеемся создать такие условия, при которых люди всерьёз будут рассматривать вариант работы в Российском центре.
Во-первых, предлагаем достойную зарплату на уровне ведущих научных центров, а может, даже и выше. Если в моём университете в Калгари аспирант получает 2 000 долларов в месяц, постдок – 3000–4000, молодой профессор – 6000, ведущий профессор – ещё больше, соответственно, здесь нужно будет предлагать более высокую зарплату, потому что Россия пока не имеет устоявшейся репутации в организации ведущих научных центров, кроме того, жизнь в Москве и сложнее, и дороже, чем в той же Канаде. Но, естественно, важна не только зарплата, но и финансирование научной работы, мы надеемся, что в этом отношении значительно превзойдём конкурирующие организации. Это будет очень мощным фактором для привлечения толковых людей.
– С таким бюджетом, наверное, все остальные проблемы в организации российской науки будут уже не столь чувствительными…
Ага, у Высоцкого есть песня: «Я б в Москве с киркой уран нашёл при такой повышенной зарплате…» На самом деле всё, конечно, не так. Потому что если даже деньги выдать, то ими можно распорядиться по-разному: можно в землю закопать, можно неразумно потратить либо просто украсть. Потому что есть следующий уровень этой пирамиды – это управление наукой. Оно должно быть честным и компетентным. Но и это еще не всё, потому что научный институт существует не в вакууме, а взаимодействует с государством, в частности, с его юридической системой, которая в России сейчас совершенно не приспособлена для интернационализации науки. Например, есть колоссальная проблема с таможней или проблема признания зарубежных научных степеней, сложности в оформлении виз.
Плюс ещё один важный фактор – здоровье общества. Люди, которые сюда приезжают, должны быть уверены, что их не ограбят и не убьют, что, если они попадут в больницу, их не залечат до смерти, а их детей не замучают в армии. Вообще-то, если общество здорово, в нём построить фундаментальную науку несложно. Есть масса примеров: тот же Сингапур, Канада или Испания. Просто нужно предоставить финансирование, найти толковых людей, и они вам всё организуют. С Россией всё намного сложнее.
Однако здесь есть свои преимущества, о которых я уже говорил, – славная научная история, научная традиция. У России, наконец, есть диаспора. Кроме того, и общество, и руководство страны понимают, что фундаментальную науку необходимо развивать. Недавно создано Сколково, в котором юридические рамки немножечко расслаблены и есть хорошее финансирование. Благодаря этим факторам появляется надежда, что, если мы будем действовать по-умному, добьёмся нужных целей.
И да и нет: ответ на главный вопрос о квантовом компьютере
О будущем квантовых технологий есть взаимоисключающие прогнозы. С одной стороны, это перспективный, но пока не очень большой рынок, объем которого к 2024 году составит $10,7 млрд. С другой — достаточно распространен прогноз, по которому квантовые компьютеры будут работать значительно быстрее традиционных и заменят полупроводниковую технику (к 2024 году рынок полупроводников составит более $600 млрд, согласно прогнозу ассоциации SEMI), а заодно кардинально изменят рынок информационной безопасности, поскольку позволят раскодировать все существующие зашифрованные данные.
Существует ли квантовый компьютер?
Этот вопрос оказался непростым. На научной части конференции физик из Гарварда и сооснователь Российского квантового центра (РКЦ) Михаил Лукин заявил, что группа ученых под его руководством создала и успешно проверила программируемый квантовый компьютер на базе 51 кубита, а вечером на публичном обсуждении представители науки, а также российского бизнеса и госчиновники продолжали говорить о квантовом компьютере в будущем времени. Дело в том, что ученые ведут эксперименты, повышая количество кубитов в установках, но в продаже доступен аппарат только от компании D-Wave, который большинство исследователей не считают настоящим квантовым компьютером.
Сотрудник лаборатории Google по квантовому искусственному интеллекту и профессор калифорнийского университета в Санта-Барбаре Джон Мартинис дал очень хорошее объяснение: «Мы можем говорить о создании квантового компьютера, когда он станет полезным. А для этого ему надо обогнать традиционные вычислительные системы на полупроводниках… Нет гарантий, что мы это сделаем, но физика работает на нас».
Будет ли квантовый компьютер быстрее традиционных, чей круче — Google или научной группы Лукина, а также о других проблемах и достоинствах квантовых компьютеров мы расскажем после небольшого объяснения сути их устройств.
Квантовые технологии
Конференция в целом была посвящена квантовым технологиям. Сейчас под ними подразумеваются процессы, в которых контролируется состояние отдельных частиц, например, электронов или фотонов. Некоторые из них не связаны с квантовыми компьютерами, но уже применяются в коммерческой технике. Например, на рынке доступны телевизоры, выполненные на основе квантовых точек. В них для электронов созданы такие условия, что он излучает свет в узком световом диапазоне. Получаются дисплеи с очень точной цветопередачей.
Руслан Юнусов, генеральный директор Российского квантового центра, обобщил основные применения квантовых технологий тремя сферами: сенсоры, безопасная связь и квантовые вычисления.
Сенсоры — самая коммерциализованная сфера сейчас: уже доступны детекторы, способные обнаруживать отдельные молекулы. Их высокая чувствительность позволяет, например обнаружить следы взрывчатого вещества в багаже. Линии связи, защищенные квантовым шифрованием, нельзя незаметно прослушать. Пока в мире продаются единичные устройства для квантовой связи, но отметим, что часть защищенных таким образом линий созданы и работают в России. Наконец, третьим направлением являются квантовые вычисления. Пока они находятся на стадии исследований. Как было отмечено выше, продаются аппараты только одной фирмы, которые большинство ученых не считают полноценными квантовыми компьютерами. Зато их развитие может радикально изменить огромный рынок полупроводников.
Закон суров, но природа сильнее
Используемую нами информацию можно представить в двоичном виде, то есть зашифровать все числа, буквы, картинки и т.п. в виде 1 и 0. Это бит, логический элемент современного компьютера, и физически его реализуют с помощью полупроводниковых элементов — транзисторов. Они могут находиться в состоянии 1 или 0 (например, пропускает ток или не пропускает), и чем транзистор меньше, тем выше можно поднять его частоту и тем больше их можно объединить в чипе, что в итоге повысит производительность микросхемы.
Но современные транзисторы уже достигли характерного размера в 10 нанометров (одна стотысячная часть миллиметра), и в обозримом будущем полупроводники нельзя будет еще уменьшать, потому что их элементы будут состоять из одного атома. А атомы сжимать мы еще не научились.
Мартинис видит шанс квантовых компьютеров в том, что закон Мура (удвоение количества транзисторов в процессоре каждые два года) перестает выполняться и в ближайшие годы может перестать работать. Cооснователь Российского квантового центра (РКЦ) и генеральный директор Acronis Сергей Белоусов добавляет, что развитие классических компьютеров, даже в виде облачных вычислительных мощностей имеет ограничение: «Не удастся разогнать их выше определенного предела. Они ограничены по площади — когда-нибудь кончится место на Земле — и ограничены по энергии. При этом есть задачи, которые невозможно решить на обычных компьютерах ни за какое время».
Квантовый компьютер
Раз есть проблема, найдутся и те, кто заплатит за ее решение. Потенциально лучшей альтернативой классическим вычислительным системам станет квантовый компьютер. Его базовым логическим элементом является кубит, основная особенность которого — возможность одновременно находиться во всех возможных состояниях: одновременно и 1 и 0. Два кубита дадут уже четыре состояния: 00, 01, 10, 11. И так далее. И операции выполняются одновременно над всеми этими состояниями!
Это не фантастика, ловкий трюк позволяет применить квантовая физика, но ее эффекты заметны обычно на очень малых масштабах, поэтому физически кубиты создаются на базе ультрахолодных атомах, ионах и т.п. Даже если это относительно большие по размерам сверхпроводящие элементы, то речь идет об управлении отдельными электронами. Такие ювелирные операции можно проводить только с помощью точно дозированного излучения, а методы столь сложны и востребованны, что в 2012 году Серж Арош и Дэвид Вайнленд получили Нобелевскую премию за успехи в контроле над квантовым состоянием отдельных элементарных частиц.
Преодоление научных трудностей окупается открывающимися возможностями. С ростом количества кубитов, которые одновременно находятся в запутанном состоянии в квантовом компьютере, его производительность растет как 2 N . Например, квантовый компьютер на 20 кубитах производит одновременно около миллиона операций. А анонсированный Михаилом Лукиным 51-кубитный квантовый компьютер — более 2 квадриллионов операций. Получается, что при должном количестве кубитов квантовые компьютеры могут решить за пару часов задачи, на которые обычным компьютерам не хватило бы всей жизни Вселенной. И размер кубитов и частота их работы будут уже не важны — они же одновременно будут выполнять множество вычислений.
Гонка без ориентиров
Какой научный коллектив ближе всего к финишу в соревновании по созданию квантового компьютера? Мартинис утверждает, что в первую очередь идет гонка с природой. Каждый раз при создании новой модели с большим числом кубитов приходится преодолевать проблемы, которые казались нерешаемыми.
Чем больше кубитов, тем сложнее удержать их в запутанном состоянии — это необходимо, чтобы получать выигрыш в производительности перед классическими вычислениями. При этом надо управлять как введением начальных данных (переводом кубитов в начальное положение), так и съемом информации с кубитов. Например, в системе, которые создает группа Мартиниса в Google, это делается с помощью микроволнового излучения. Для перевода системы в квантовое состояние квантовый процессор (quantum processor unit) охлаждается почти до абсолютного ноля — 0,015 градусов Кельвина ( — 273 по Цельсию). И все равно возникают ошибки в вычислениях, которые снижают производительность.
Есть ли предел количеству одновременно запутанных кубитов? Мартинис считает, что трудности по их наращиванию удастся преодолевать и дальше, а Лукин видит ограничения в районе нескольких сотен, в лучшем случае 1000 кубитов. Такие системы все равно будут обладать гигантской по нынешним меркам производительностью. Кроме того, их можно будет объединять между собой, квантовыми сетями в единую вычислительную систему, считает сооснователь Российского квантового центра.
Однако оба ученых согласны, что арифметический подсчет количества кубитов не дает однозначного вывода о производительности компьютера. Так у научных групп Мартиниса и Лукина кубиты реализованы на разной физической базе — сверхпроводящих элементах и холодных атомах. Определить их эффективность можно, только исследовав их на реальных задачах. И дело не только в возможных ошибках. Важно, какие алгоритмы могут быть реализованы на вычислительных системах. Условно говоря, если условный квантовый компьютер очень быстро делает операции сложения, но не умеет делить вообще — толку от его скорости нет.
Мартинис согласился составить условный список. Он считает, что до публикации данных по системе Михаила Лукина на первом месте в абстрактной гонке за право прослыть первыми создателями квантового компьютера впереди был Google (22-кубитовый квантовый компьютер, в течении года планируется запустить 49-кубитовый), затем идут исследователи IBM (17-кубитовый аппарат). Но теперь он с нетерпением ждет подробностей от «команды Миши».
Ценность квантового компьютера
Среднестатистический пользователь может удивиться, зачем нужен квантовый компьютер, если ему хватает и процессора, установленного в смартфоне. Однако, и 20 лет назад находились те, кому хватало вычислительной мощности чипа в настольном компьютере, однако развитие микроэлектроники позволило создать смартфоны, с которыми мы теперь не расстаемся.
«Квантовый процессорный модуль», как называет свою установку Мартинис, оценивается в $5000. Самая современная модель 2000Q вышеупомянутой D-Wave обходится клиентам в $15 млн. Это дает некоторые ориентиры потенциальной стоимости будущих квантовых компьютеров — тысячи долларов за ключевые компоненты и десятки миллионов — за готовое решение. Дорого? Однако исследователи считают, что квантовые компьютеры смогут решать задачи, недоступные суперкомпьютерам, построенным по классической схеме. А лучшая высокопроизводительная система 2016 года стоила $270 млн. Напрямую затраты на эти аппараты сравнить пока нельзя – мы же не знаем истинной производительности квантовых компьютеров, но цены не выглядят исключительными.
Самое очевидное применение квантового компьютера — применение для расчета свойств новых молекул и материалов. В частности группа Лукина применяет квантовый компьютер для расчета процессов термализации (охлаждения), при которых обнаруживаются неожиданно стабильные состояния вещества. Сейчас идет работа над тем, чтобы реализовать их и проверить расчеты — ведь их нелегко воспроизвести на обычных компьютерах. Группа Мартиниса на устройстве Google провела расчет колебаний в атомной решетке графена при сверхвысоких магнитных полях. Они хорошо совпали с экспериментальными.
Смысл таких расчетов в том, чтобы экономить на дорогостоящих натурных экспериментах и заранее просчитывать условия, при которых можно создать новое вещество. Новые материалы могут кардинально перевернуть привычные рынки. Например, создание сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, изменят энергетический рынок за счет изменения логистики передачи энергии. Новые вещества позволят создавать прочные сплавы, которые будут значительно легче существующих, некоторые — легче воды, а расчет сложных молекул позволит создать новые лекарства.
И Мартинис, и Лукин, давая комментарии независимо друг от друга, сошлись на том, что системы на базе 20 кубитов способны показать производительность на уровне существующих суперкомпьютеров, симулирование результатов 30-кубитовых систем — задача для лучших суперкомпьютеров мира, а 50-кубитовые системы, скорее всего, превзойдут их.
При этом Лукин отмечает, что поиск идеального кубита не закончен. А Мартинис не видит принципиальных ограничений на создание в будущем квантовых процессоров в смартфонах, хотя больше верит в предоставление мощностей квантовых компьютеров в качестве облачного сервиса. Таким образом, они могут заменить существующие полупроводниковые элементы.
Российский путь
За пределами вопросов стоимости и цене квантовых компьютеров — участие России в процессе. Заместитель председателя правления «Газпромбанка» Дмитрий Зауэрс отметил, что у России есть условия для того, чтобы выйти на передовую квантовых технологий. В качестве примера он привел создание квантовой линии для «Газпромбанка» Российским квантовым центром.
На научной части конференции ICQT Михаил Лукин объявил о создании компьютера с 51 кубитом, но пока статья находится на рецензировании, он не имеет права комментировать подробности. На вопрос о российском вкладе Сергей Белоусов отметил, что у Михаила Лукина российское гражданство (есть и американское. — Forbes), а в его команде работают российские физики. Что касается создания системы аналогичного уровня в России, то Белоусов настроен оптимистично: «Эксперименты Михаила столь элегантны, что ожидаю попытки их повторения другими командами исследователей после публикации подробностей, в том числе и в России»
На ICQT Сергей Горьков, глава ВЭБ, объявил о переговорах с РКЦ, университетом МИСИС и другими игроками рынка квантовых технологий о возможности создания объединения для совместного развития этого направления.
Вложения в рынок квантовых технологий на уровне государства — это международная практика. Европейский союз планирует вложить $1 млрд в развитие квантовых технологий. Один из авторов этой программы Томмазо Каларко на ICQT пояснил, что первоначально планируется создать системы на базе 10 и 20 кубитов, чтобы провести необходимые исследовательские работы. А затем вкладываться в более серьезные проекты.
На вопрос Forbes о возможных этических проблемах Мартинис отметил, что не видит глобальных проблем от внедрения квантовых компьютеров. Наоборот, создание новых химических веществ позволит решить существующие проблемы. Бедные страны, которые не могут позволить себе создание квантового компьютера, потенциально могут иметь доступ к его мощностям в качестве облачного сервиса и таким образом получить шанс на использование возможностей квантовых технологий. Что касается возможного военного применения квантовых компьютеров и соответственно закрытии информации по этой тематике, он пока видит сложную задачу в разработке эффективных алгоритмов, для решения которой ученым необходим диалог.
На потенциальную проблему указал Игорь Лотаков, управляющий партнер PwC в России. Квантовые компьютеры потенциально способны раскодировать всю информацию, зашифрованную на данный момент, поэтому он считает, что производителям стоит готовиться к этому заранее — уже сейчас подумать над решениями в области кибербезопасности и киберкоммуникации. По мнению Максима Еременко, старшего управляющего директора, начальника управления инструментов и моделей блока «Риски», ПАО «Сбербанк» возможностях и риски квантовых технологий должно оценивать государство и принимать решения, которые пойдут на пользу развитию отрасли.
На подходе
Создание квантовых компьютеров, которые смогут выполнять большинство или все операции современных вычислительных систем, — дело ближайшего будущего. Как говорит Лукин: «Мы уже входим в область, где квантовые компьютеры не могут быть симулированы обычными компьютерами». На вопрос о необходимых условиях для появления квантовых компьютерах Зауэрс ответил: «Люди», а Белоусов: «Деньги».
Но это не прямая заасфальтированная дорога, а сложный процесс перехода по горной тропе. Говорить о неизбежном приходе квантовых вычислений в нашу жизнь еще рано. Несмотря на оптимизм исследователей, возможно, природа подкинет еще сюрпризы и поставит непреодолимые преграды перед Мартинисом, Лукиным и их коллегами-учеными.
Зато при благоприятном исходе из исследовательского направления квантовые компьютеры превратятся в инструмент, которые изменит все области нашей жизни не меньше, чем обычные компьютеры за последние 60 лет. Мартинис наотрез отказывался дать прогноз, когда они могут стать рыночным товаром, но в статье для журнала Nature прогнозируется их коммерциализация в течении 5 лет.
Компании квантовой индустрии
Если честно, то в общем доступе не густо с информацией о компаниях в квантовой индустрии. С одной стороны это хорошо. Значит не многие этим интересуются и мы можем быть в начале хайпа. Но с другой стороны хайп начнется только тогда, когда все начнут гуглить, а это может быть не скоро. Но стоит держать руку на пульсе и быть во всеоружии.
По данным Markets and Markets, рынок квантовых вычислений будет расти следующие 6 лет со среднегодовым темпом в 29% и к 2023 году достигнет $495,3 млрд. Ключевыми точками роста станут размах киберпреступности, внедрение технологий квантовых вычислений в автомобильной и оборонной промышленности и увеличение инвестиций государственных структур. Если вся индустрия будет расти с такими дикими темпами, то отдельно взятые компании, которые смогут захватить долю этого рынка, будут расти в разы быстрее.
Квантовые вычисления могут совершить революцию. Но это одновременно и большой риск для нынешнего шифрования. Новая технология, как гораздо более продвинутая, поможет хакерам взломать олдскульное шифрование. А значит и заполучить доступ к конфиденциальным данным, таким как информация о кредитной карте. Чтобы предотвратить это, крупные провайдеры интернет-инфраструктуры, такие как Cloudflare, тестируют технологию постквантовой криптографии с открытым исходным кодом.
Вот и первый представитель.
Компания Cloudflare, капитализация почти 5 млрд, недавно вышла на американскую биржу, фундаментальные показатели компании отличные. Если коротко, то выручка растет на 45% в год, количество крупных клиентов растет на 30% в год, расходы стабильные, эффективный маркетинг( потраченный доллар приносит 1.2$). Бизнес основан на подписках(моя любимая модель). Чистой прибыли пока нет, но они очень близки к этому. Долговая нагрузка небольшая. Все показатели в норме, если кому интересны более детальные цифры, то finviz вам в помощь.
Компания также интересна в плане диверсификации бизнеса. У них же не только безопасность в квантовых сетях. Несколько продуктов, несколько денежных потоков. Даже если квантовое направление не выстрелит, то компания не закроется. Это отличный претендент в портфель еще и потому, что это компания, которая будет продавать “лопаты”. Компаниям, которые будут пользоваться квантовыми сетями необходима будет защита от взломов и сбоев. Такие услуги предоставит им бренд с отличной репутацией и большим опытом Cloudflare.
Корпорация IBM объявила о своей инициативе по созданию коммерческой квантовой платформы IBM Q для решения ресурсоемких задач и практически сразу удвоила вычислительную мощность квантовой системы IBM Quantum Cloud. Один из обновленных процессоров является основой IBM Q, а другой — доступен разработчикам, исследователям и программистам для квантовых вычислений посредством облачного сервиса IBM Cloud. IBM это гигант в IT индустрии, у которого все показатели ухудшаются и им необходимо развивать новые направления, чтобы остаться в списке лидеров. Даже если они не добьются успеха сами, то они смогут купить нужные стартапы) Но если честно, то я не рассматриваю IBM, как потенциальную покупку. Дикого роста не дождешься. Но стоит наблюдать за развитием квантовых сетей в этой компании, чтоб понимать в какую сторону и с какой скоростью двигается индустрия.
Еще одним серьезным игроком в облачных квантовых вычислениях становится Google(куда же без них). Проект ИТ-гиганта Alphabet уже открыл ранний доступ к своему сервису для исследователей. Также, как сообщает Bloomberg, компания ведет работу над инициативой ProjectQ — платформой с открытым исходным кодом для создания ПО под вычислительные мощности квантовых компьютеров.
Наряду с этим, в мире ежемесячно происходят такие важные события, как создание учеными из Массачусетского института и Гарварда кубитов, способных хранить информацию в сотни раз дольше. Или объединение Microsoft и Сиднейского университета для работы над первым квантовым компьютером. Смысл в том, что все IT гиганты уже полным ходом работают в направлении квантовых сетей, это же не просто так.
Теперь самая сочная компания
D-Wave
D-Wave, компания основана в 1999 году и является лидером в разработке и поставке систем, программного обеспечения и услуг для квантовых вычислений и является первым в мире коммерческим поставщиком квантовых компьютеров. Системы D-Wave используются некоторыми из самых передовых в мире организаций, включая Lockheed Martin, Google, NASA Ames, Volkswagen, DENSO, USRA, USC, Лос-Аламосскую национальную лабораторию. D-Wave получили более 160 патентов США. D-Wave разработала и выпустила четыре поколения квантовых систем и уже подписала контрактов на 75 млн долл на поставку своих систем. Из свежих новостей это сотрудничество с Японией и анонс новой системы в 5 раз мощнее предыдущих. Если кто знает как инвестировать в эту компанию — поделитесь инфой, потому что я не нашел способов(ни ОТС акций, ни раундов финансирования).
Rigetti Computing
Rigetti — компания, специализирующаяся на квантовых вычислениях с полным стеком. Этот термин означает, что компания разрабатывает и производит квантовые чипы, интегрирует их с управляющей архитектурой и разрабатывает программное обеспечение для программистов, которое можно использовать для создания алгоритмов для чипов.
Компания имеет платформу для облачных вычислений под названием Forest, которая предоставляет разработчикам доступ к квантовым процессорам, чтобы они могли писать квантовые алгоритмы для целей тестирования.
Основатель X-Prize Питер Диамандис признал компанию одним из трех лидеров в области квантовых вычислений наряду с IBM и Google .MIT Technology Review назвал компанию одной из 50 самых “умных” компаний 2017 года.
На этом закончим обзор компаний. Два “горячих пирожка” в индустрии квантовых сетей это D-Wave и Rigetti пока что не торгуются как публичные акции. Топовые мировые IT-гиганты активно развивают новые направления и уже могут похвастаться первыми рабочими продуктами. Нам остается ждать новый виток технологической революции и время от времени ресерчить новые компании в данной индустрии
Dyson CoVent — новый аппарат искусственной вентиляции легких для инфицированных коронавирусом
Компания Dyson совместно с The Technology Partnership разработали CoVent — новый аппарат искусственной вентиляции легких. Проект был реализован по запросу правительства Великобритании с привлечением внешних экспертов из Национальной службы здравоохранения и Государственной службы по лекарственным средствам Великобритании.
«Сердцем» нового устройства стал двигатель Dyson с цифровым управлением, который был специально адаптирован для удовлетворения клинических потребностей пациентов, инфицированных коронавирусом. Устройство портативно и работает на батареях, поэтому его можно использовать в том числе в полевых госпиталях и при транспортировке пациентов. Пользовательский интерфейс аппарата разработан с учётом клинических требований и особенностей эксплуатации, поэтому система управления устройством безопасна для медицинских работников и знакома им.
Открытое письмо Джеймса Дайсона к сотрудникам Dyson:
Всем добрый день!
Больницы — это фронт войны с коронавирусом, где врачи, медсёстры и санитары героически сражаются во имя того, чтобы спасать жизни и помогать людям излечиваться от этого ужасного вируса. Как и в любой другой битве, нам предстоит преодолеть множество трудностей, и не в последнюю очередь необходимо решить задачу снабжения больниц необходимым оборудованием, в том числе аппаратами искусственной вентиляции легких. Эти устройства поддерживают пациентов, которые больше не могут самостоятельно дышать. К сожалению, в настоящее время ощущается значительная нехватка аппаратов ИВЛ, как в Великобритании, так и в других странах.
Когда десять дней назад мне позвонил премьер-министр Борис Джонсон, мы перенаправили ресурсы компании Dyson на совместную работу с TTP (The Technology Partnership) на создание и производство принципиально нового аппарата искусственной вентиляции лёгких CoVent. Это устройство можно производить быстро, эффективно и большими партиями. Оно разработано для удовлетворения специфических клинических потребностей пациентов с коронавирусом и подходит для применения в различных клинических условиях. Главный вызов заключался в том, чтобы в чрезвычайно короткие сроки спроектировать и запустить в производство крупными партиями новый сложный медицинский продукт. Так началась гонка по запуску CoVent.
«Сердцем» нового устройства стал двигатель Dyson с цифровым управлением. Его конструкция оптимизирована для того, чтобы обеспечить высочайший уровень искробезопасности, благодаря чему аппарат особенно хорошо подходит для массового промышленного производства. Устройство спроектировано так, чтобы обеспечивать высококачественную, безопасную и стабильную подачу воздуха. При разработке аппарата мы опирались на свой опыт в области производства очистителей воздуха, который помогает нам добиваться высококачественной фильтрации в крупносерийных устройствах.
Аппараты искусственной вентиляции лёгких CoVent являются поднадзорными продуктами, поэтому Dyson и TTP будут сотрудничать с Государственной службой по лекарственным средствам и правительством Великобритании, чтобы утвердить проект самого устройства и производственного процесса. Мы получили от правительства Великобритании первый заказ на 10 000 единиц CoVent, который выполним на условиях открытого доступа к документации. Мы также ищем способы сделать продукт доступным на международном уровне.
Я горжусь тем, чего достигли инженеры Dyson и наши партнёры из TTP, и очень хочу как можно скорее увидеть CoVent на производстве и в больницах. Сейчас время серьёзного международного кризиса, поэтому я пожертвую разным странам мира 5000 аппаратов ИВЛ, в том числе 1000 Соединённому Королевству.
Мы будем держать вас в курсе.
С наилучшими пожеланиями,
Джеймс
