фото показано с : znak.com

К 2024 году в России по планам правительства должны создать собственный полноценный квантовый компьютер - устройство, которое проводит вычисления в миллиарды раз быстрее современных машин

К 2024 году в России по планам правительства должны создать собственный полноценный квантовый компьютер - устройство, которое проводит вычисления в миллиарды раз быстрее современных машин. В целом на квантовые технологии правительство запланировало выделить 20 млрд рублей. Работы будут курировать три госкорпорации - Росатом , РЖД и Ростех . Недавно было даже объявлено о создании Национальной квантовой лаборатории (НКЛ), которую возглавил уроженец Нового Уренгоя Руслан Юнусов, отработавший более десяти лет в ТЭК. При этом во всем мире разработкой суперкомпьютеров занимаются частные корпорации вроде IBM и Google. Почему в РФ разработкой заведуют госструктуры? Чем НКЛ отличается от Российского квантового центра, который существовал ранее? Почему в РФ работы будет курировать не какой-нибудь именитый ученый, а менеджер из бизнеса? Выделяемые государством на эти цели 20 млрд рублей - это много или мало? Зачем вообще сейчас создавать свой квантовый компьютер, если эти системы за рубежом существуют с 2000-х годов? Все эти вопросы Znak.com адресовал заведующему лабораторией сверхпроводимости Института физики твердого тела РАН, главному научному сотруднику лаборатории сверхпроводящих материалов Московского института стали и сплавов, доктору физико-математических наук Валерию Рязанову. Возглавляемая им команда ученых годом ранее объявила о создании первого в России прототипа квантового компьютера. Но теперь Рязанов почему-то отказался от своего руководящего статуса. Для начала работ нужно $100 млн, мы получили 13 - Объявлено о создании при госкорпорации Росатом Национальной квантовой лаборатории. Что это за институция, чем она будет заниматься и чем отличается от Российского квантового центра, существовавшего ранее? - В пресс-релизе госкорпорации Росатом объявлено, что Национальная квантовая лаборатория (НКЛ) - это консорциум, создаваемый под эгидой госкорпорации Росатом . Я представляю часть этого распределенного консорциума, который в течение трех с половиной лет выполнял первый в России проект по сверхпроводниковым кубитам (квантовый бит; наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере - Znak.com). Проект включал в себя семь организаций. Одна, Новосибирский технический университет, довольно удаленная. Они занимались электроникой для проекта и в дальнейшей работе, возможно, не будут участвовать. И еще шесть лабораторий, которые были непосредственно вовлечены в работу по реализации квантовых схем. - Какова была роль РКЦ в этом проекте? - Конкретно в проекте по сверхпроводниковым кубитам - не очень большая. РКЦ всегда рассматривал свою деятельность гораздо шире. Он долгое время не признавал сверхпроводящее направление, которым мы занимаемся, одним из основных. Первоначально Квантовый центр заявлял, что самый перспективный подход - делать компьютер на основе нейтральных атомов. Потом, буквально год или два назад, руководство РКЦ сменило приоритеты, поставив на кубиты из ионов. Слава богу, в этот момент свершился довольно большой прорыв и квантовое превосходство ( quantum supremacy ) было показано при помощи решения сложной задачи командой Google из Калифорнийского университета Санта-Барбары на 54-кубитном сверхпроводниковом квантовом компьютере. После этого весь мир, в том числе и российская научная общественность, повернулись лицом к сверхпроводниковым кубитам и, собственно, случился некий хайп в этой области. - Кто финансировал работы, которые вела ваша коллаборация и какой объем денег был выделен? - Все начиналось при поддержке трех государственных организаций: Фонда перспективных исследований (ФПИ), Минобрнауки, которое субсидировало университеты для покупки оборудования, и Росатома , который финансировал главным образом технологический центр ВНИИА/МГТУ. В мировых масштабах деньги были не очень большие. На Западе, к примеру, для начала работ по кубитам научному центру или проекту с участием нескольких научных организаций требуется не менее 100 млн долларов. Мы, в переводе на тогдашний курс, получили на все наши семь команд всего примерно 13 млн долларов на три с половиной года. В каком-то смысле ФПИ, внесший в реализацию проекта более 300 млн рублей, как раз выполнил свою уставную цель в качестве посевного инновационного фонда. Задача таких фондов - поддерживать перспективные технологические проекты на начальной стадии. А потом это уже должно финансироваться из других средств. Руслан Юнусов - управленец или ученый? - Почему Росатом в этой конфигурации стал головной организацией? - Во-первых, есть требование ФПИ, согласно которому поддержка любого нового проекта возможна, только если в нем обозначен госзаказчик. Во-вторых, в команде теоретиков ВНИИА много выходцев из академических институтов, в том числе тех, с кем мы фактически начинали эти проблемы обсуждать за несколько лет до начала проекта. Кроме того, неожиданно оказалось, что технологический центр, который ВНИИА создали совместно с МГТУ, можно было довольно быстро, за полтора года, доукомплектовать для изготовления сверхпроводниковых кубитов. Таким образом, и по существу роль ВНИИА оказалось значительной. В принципе, они могли быть просто госзаказчиком, но не головной организацией. Это было наше внутреннее решение - сделать так, чтобы все основные игроки были равноудалены от центра . Оно оказалось удобным. Практика показала, что ВНИИА и технологический центр стали важными составными частями нашего консорциума. Именно это позволило впоследствии Росатому объявить себя ведущей в России организацией по квантовому компьютингу. - В то же время в 2019 году РЖД объявляло о создании своего центра квантовых коммуникаций - В России существует государственная программа Цифровая экономика , и там есть три направления по квантовым технологиям. Первое - квантовые телекоммуникации: защищенная связь и криптография. В основе лежит передача информации при помощи квантов света, фотонов. Их в принципе подслушать невозможно, так как если вы подслушиваете квантовое состояние, то вы его разрушаете. Эта отрасль уже достигла уровня практической реализации, и на небольшие расстояния квантовая передача данных сейчас выполняется. Второе направление - квантовый компьютинг, то, чем занимаемся мы. Третье направление, которое организовалось чуть позже, - квантовые сенсоры (их, например, очень ждут в медицине, так как они позволят сканировать чуть ли не каждую клетку в отдельности. - Ред.). Таким образом, правительство, опираясь на госкорпорации, которым оно доверяет, около года назад приняло решение, согласно которому за квантовые технологии будет отвечать Росатом. РЖД поставили отвечать за квантовые коммуникации. Главным образом потому, что именно эта структура распоряжается всеми оптоволоконными линиями, которые пролегают вдоль всех железных дорог. А квантовые сенсоры - это Ростех. Генеральный директор Российского квантового центра Руслан Юнусов доказал в руководстве Росатома , что он достоин возглавить управляющий офис Росатома по квантовому компьютингу. Была при этом, правда, некоторая неразбериха в самом Росатоме. Решение принималось без участия ВНИИА. То есть как только дело дошло до большого проекта и финансирования, оказалось, по-видимому, что в Росатоме есть гораздо более серьезные люди, которые этим готовы заниматься, а не только научное руководство ВНИИА. - Судя по биографии Юнусова, родился он в Новом Уренгое, долгое время работал в ТЭК - он скорее управленец, а не ученый. - Он окончил физфак МГУ и по образованию физик, кандидат физико-математических наук. Позднее он состоялся в бизнесе. Надо также признать, что РКЦ, который он возглавляет в течение многих лет, может похвастаться определенными успехами в различных научных областях, в том числе в области квантовых технологий. Мне всегда не очень нравилось, что Российский квантовый центр перебирает с PR и как-то слишком пытается перетянуть одеяло на себя. - Например? - Раз в два года в гостинице Украина РКЦ проводит помпезную дорогую конференцию, куда собирает весь мировой цвет. В последний раз, год назад, например, были люди из Google. Все было шикарно, приезжали первые лица Росатома, и РКЦ, как всегда, позиционировал себя в качестве самой ведущей организации в России во всех областях квантовых технологий. С другой стороны, возможно, что менеджер Руслан Юнусов действительно неплохой. Постепенно я становлюсь лучшего мнения о нем. Посмотрим, что будет дальше. Времени на раскачку нет - Возвращаюсь к первоначальному вопросу: чем по сути является созданная сейчас Квантовая лаборатория? - Первоначально у нас было желание построить коллаборацию снизу, но все пошло сверху. И мы сейчас движемся вниз - от решения правительства поручить все это дело госкорпорациям. Мы с этим вынуждены были смириться, поскольку кто платит деньги, тот и музыку заказывает. Конечно, будем встраиваться. Кто-то с желанием, кто-то без желания, но дело надо продолжать. К настоящему времени управляющий офис организовал дочку Росатома - совместное предприятие Квант - в качестве распорядителя бюджетных средств. Положение правительства о том, как распределять деньги по квантовому компьютингу, появилось несколько дней назад. - Квант - это компания-прокладка? - Наверное, это было неизбежно - иметь такое центральное юридическое лицо, ответственное за это направление квантовых технологий. Оно, конечно, в этих условиях могло быть только росатомовским . Хотя реально НКЛ создается вокруг Российского квантового центра. РКЦ не так давно переехал в Сколтех и собирается сейчас там развиваться. В частности, при поддержке Сколтеха решено создавать новую чистую зону, где можно будет изготавливать квантовые структуры для различных платформ квантовых вычислений. То есть помещение территориально будет находиться в Сколтехе, но делаться все будет на деньги СП Квант . Средства понадобятся немалые, и начинать придется с нуля, закупать кучу технологического оборудования. Проблема в том, что отчитываться по госпрограмме надо уже с этого года, а к 2024 году предстоит выполнить ряд целевых показателей утвержденной правительством Дорожной карты. Вместе с тем есть организации, которые я перечислял выше, и фактически именно они уже в течение нескольких лет активно ведут эту квантовую тему. Создаваемым в Сколтехе лабораториям потребуется полтора-два года, чтобы просто что-то начать. Такого времени у СП Квант на раскачку нет. Поэтому создание Квантовой лаборатории как консорциума уже активно работающих в этом направлении организаций - мера правильная и своевременная. СП Квант должен эти организации поддерживать, чтобы работа там не останавливалась. - Юнусов как к этому относится? - Ну, вот подписание того документа о Квантовой лаборатории, с которого мы начали, свидетельствует о том, что, в принципе, он согласен. Не вполне понятно пока как, формально, закупать, например, оборудование для этих организаций и т. п. - Но в таком случае зачем вообще нужно создание лабораторий в Сколтехе? - Отвечу уклончиво. Нужно ли было вообще делать Сколково , когда есть целый ряд академгородков и научных центров, которые нужно развивать? Но обсуждать это уже поздно. Не берусь судить и прогнозировать, что получится на базе Российского квантового центра. Руслан Юнусов считает, что все мы там через несколько лет соберемся. Что в этой чистой зоне и этих лабораториях будет сделана основная часть работы по квантовому компьютингу. Он прямо говорит: Мы поддержим существующие организации, но вы должны помочь создать лаборатории в Сколтехе . Есть идея о привлечении спецов с Запада - А вы готовы там собраться? - Скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается. Да, мы работаем на своих местах сейчас, но коли есть единая важная задача, то кто-то все равно должен играть активную роль ведущего. Руслан Юнусов, в принципе, принял наши условия и считает, что процесс сможет пойти параллельно: создание в Сколтехе чистой зоны, лабораторий и наша деятельность. У него даже есть идея, что для активизации процесса он пригласит туда людей с Запада. - Кого-то конкретно? - И в принципе, и конкретно. Например, он обещал привести австрийцев, лидеров по ионной платформе. - А это действительно необходимо? - Если есть возможность кого-то сюда заманить, то это надо делать, особенно возвращать собственные российские умы. Пока это плохо получается, но все-таки иногда получается. - Вы про Олега Астафьева - нашего ученого, который уехал на Запад, а потом вернулся? - Олег Астафьев - пример очень замечательный, но здесь заслуги РКЦ невелики. Первый кубит был сделан в 1999 году в Японии, и в этом деле участвовали два россиянина, которых я хорошо знаю. Один из них - Олег Астафьев. Он потом перебрался в Англию, а уже оттуда к настоящему времени почти перебрался назад, в Россию. Сейчас возглавляет подразделение в Сколтехе и руководит лабораторией в МФТИ. Еще один ключевой человек в области квантового компьютинга в России -наш бывший студент в ИФТТ РАН и мой очень близкий друг Алексей Устинов. Он тоже уехал на Запад и первым из сотрудников ИФТТ начал заниматься сверхпроводниковыми кубитами, сначала в Эрлангере (Германия), потом в Карлсруэ (тоже Германия). Я сам впервые начал принимать участие в работах по кубитам во время поездок в Германию к Алексею, пытаясь внедрить некоторые свои наработки. Сейчас Алексей Устинов создал лабораторию в МИСиС, а также лабораторию РКЦ в Черноголовке. Но примеры эти единичные. Нужно в основном полагаться на другой путь. Опыт нашей образовательной программы в МФТИ показал, что буквально за три года удается воспитать классных ребят. Двоих или троих из них я считаю просто гениальными. Они очень скоро обойдут всех нас и возьмут дело на себя. А это надежнее, чем на два-три года заманивать в Россию за большие деньги иностранцев. - Можно назвать имена? - В МИСиС сейчас основной мотор - это Илья Беседин, аспирант на выходе. Такой же человек в МФТИ - Глеб Федоров. Есть еще Алексей Дмитриев. Его мы когда-то переманили с другой темы, и он наверняка об этом не жалеет. Совершенно удивительным образом раскрылся как выдающийся технолог Алексей Болгар в лаборатории Олега Астафьева. Это именно он сейчас творит в МФТИ кубиты. Честно говоря, читая много лет отдельные курсы сначала в МГУ, а потом в МФТИ, я никогда не думал, что втянусь в этот педагогический процесс, возглавлю образовательную программу (кафедру). В целом это довольно неблагодарная, но совершенно необходимая работа. Мы выходили на Yandex, но дело не пошло - Почему вы, человек, который изначально руководил проектом квантового компьютинга, ушли с этой позиции? - Свою миссию в качестве руководителя первого в России объединенного проекта я успешно выполнил (к 2020 году в рамках этого проекта ФПИ был создан прототип первого российского квантового процессора. - Znak.com). И когда началась эта неразбериха - кто главнее в рамках нового проекта под эгидой Росатома, я в это не стал вступать. Честно говоря, наелся администрированием в проекте ФПИ. Дальше просто буду заниматься своим куском работы: образованием и работой в двух лабораториях. Если нам, дай бог, помогут купить еще один рефрижератор и еще немного микроволнового оборудования, я буду просто счастлив. - Каков бюджет, который сейчас выделяется на реализацию квантовой программы в России? - На реализацию всех платформ по квантовому компьютингу выделяется порядка 20 млрд рублей со сроком реализации до 2024 года. Конечно, сейчас в условиях коронавируса может случиться все что угодно. Могут порезать финансирование или растянуть программу до 2030 года. - Это все государственные средства? - Кажется, около 30% - негосударственные. Для этого дофинансирования, по-видимому, и назначили госкорпорации, которые располагают собственными деньгами. - А непосредственно частные деньги есть? - Думаю, что нет. На каком-то этапе мы пытались выйти, например, на Yandex, но дальше разговоров не пошло. Им всем и хочется, и колется. Слишком уж дело неопределенное по срокам и приложениям. - И дороговато? - Наверное, да. - Что вы должны сделать за 20 млрд рублей к 2024 году? - Это общий бюджет на все направления или платформы по квантовому компьютингу, который курирует Росатом. Мы занимаемся квантовым компьютингом на основе сверхпроводниковых кубитов, и с 2016 года смогли создать двухкубитный процессор. К 2024 году планируем сделать квантовый процессор на 30 кубитах и соответствующий эмулятор на классических компьютерах. Эмулятор позволит нам проверять, правильно или неправильно работает квантовая система. В соответствии с дорожной картой на следующий год у нас запланирован четырехкубитный процессор, потом восьмикубитный, потом - на 16, 30 или 32-х кубитах. Кроме того, там еще есть задачи по квантовым симуляторам. Другие группы отвечают за квантовые процессоры и квантовые симуляторы на ионах, нейтральных атомах, фотонах. - Группа Джона Мартиниса, сотрудничающая с Google, продемонстрировала работу девятикубитного сверхпроводящего процессора еще в 2015 году, а в 2019 году компания IBM представила облачный доступ на 20-кубитный квантовый процессор. Google через пару месяцев после этого заявила о прорыве в создании 72-кубитного процессора и достижении квантового превосходства. Получается, вы сейчас идете вслед за ними? - Догоняем. Только учтите, что перечисленные вами группы работали около 20 лет, а мы только четыре. Зачем это нужно России - А это вообще надо России или можно не тратить деньги и пользоваться зарубежными разработками? - Те, кто верит в квантовый компьютер, обязаны это делать. Это все равно что когда-то отставать в атомном проекте. Мы находимся на уровне 2012-2015 годов в мировом соизмерении. Задача стоит сократить это отставание. Да, во многом мы действуем по зарубежным лекалам. Но тут как на кухне - какой бы рецепт борща кто ни прочитал, одна хозяйка делает его вкусным, а другая отвратительным. В этой теме много деталей и тонкостей, списать полностью не получается. Везде, где можно пользоваться чужими результатами, мы, конечно, ими пользуемся, иначе не догоним никогда. Что касается меня и многих других физиков из наших команд, мы бы с удовольствием в этой гонке не участвовали. Много интересного в самой фундаментальной физике искусственных квантовых систем, уже реализованных нами к настоящему времени. Если бы можно было не заниматься наращиванием числа кубитов в реализованных процессорах, а просто заниматься интереснейшей физикой, мы бы так и делали, но кто нас в этом случае будет финансировать? На самом деле в тех типах кубитов, которые мы умеем делать, уже проглядывается некий застой. Стало понятно, что надо придумывать и создавать новые системы. Это уже физика, в которой мы хорошо разбираемся. Как знать, может быть этим путем и надо идти. Делать новые кубиты и не возиться с улучшением характеристик старых. - Зачем вообще нужны квантовые компьютеры и когда они появятся в каждом доме? - Классические суперкомпьютеры с высокой производимостью тоже не для каждой кухни, а все-таки весь мир над этой проблемой неустанно бьется. А квантовый компьютер - это супер-суперкомпьютер. Пока не так много придумано квантовых алгоритмов, поэтому этот супер-суперкомпьютер ограничен в своем применении. Нельзя говорить, что он сразу после реализации заменит все классические суперкомпьютеры. Но и сейчас ясно, что ему по плечу многие задачи оптимизации. Например, решение известной задачи коммивояжера - как правильно выбрать дорогу, чтобы посетить N узлов за меньшее количество времени. Есть задачи, необходимые для криптографии. Квантовый компьютер способен быстро расшифровывать стандартные коды, используемые в криптографии. Еще один квантовый алгоритм обеспечивает быстрый поиск в больших базах данных. Вероятно, квантовый компьютер будет использован и в проблеме искусственного интеллекта. Работа с большими объемами данных, big data, - важное современное направление. Фактически вместо того, чтобы логически домысливать и искать ответ, вы копите признаки, например, разных болезней. А потом делаете человеку всяческие анализы, кидаете все результаты в эту машину, и та определяет, что это точно такая-то болезнь. - Это точно коронавирус . - Допустим. И еще, по-хорошему, квантовые процессоры и симуляторы нужны для квантово-механических расчетов: для создания новых материалов, например. Это нужно всем и, в частности, тому же Росатому . Квантовая химия и квантово-механические расчеты сейчас страшно приблизительны. Для достижения большей точности даже мощностей существующих суперкомпьютеров не хватает. В случае, если вы умеете создавать искусственные квантовые системы, вы делаете рукотворную модель нужной квантовой структуры из искусственных атомов и прогоняете через нее задачу, чтобы проверить, достигли ли вы требуемых характеристик. - Насколько я понимаю, квантовые процессоры - это не единственная из известных сейчас технологий, которая позволяет решать задачу повышения эффективности электронно-вычислительных систем. Идет много разговоров о молекулярной электронике и сверхпроводящей цифровой электронике - Это принципиально разные вещи - квантовая и обычная цифровая электроника. В случае с квантовыми технологиями мы говорим о принципиально новом подходе. А в тех новых электрониках, о которых вы сказали, речь о том, как улучшить обычную бинарную систему с нолями и единицами. Она примитивна, это просто организация быстрых переключений между да и нет . Сейчас основные проблемы -сделать компьютер более производительным, при этом его элементы должны быть как можно меньше и выделять как можно меньше тепла. На полупроводниках это стало уже очень трудно делать. К тому же чем сильнее вы уменьшаете элементы, тем сильнее они греются при переключении. Тепловыделение - вот сейчас главная проблема. Поэтому, например, дата-центр Facebook находится в Швеции вблизи Полярного круга. Это позволяет меньше заботиться об охлаждении. - Это еще и высокое энергопотребление. - На работу таких систем и суперкомпьютеров тратятся мощности целых электростанций. И с этим надо что-то делать. Еще одна проблема в том, что, уменьшая размеры элементов до нанометров, вы получаете в них квантовые эффекты, которые мешают классической электронике. Зачем бороться с квантовыми эффектами, если ими можно воспользоваться? Одно из перспективных направлений - это сверхпроводящая цифровая электроника. Сейчас уже делают сверхпроводящие процессоры, правда, еще довольно примитивные, но уже обладающие тактовой частотой в интервале 20-100 гигагерц (самые современные процессоры на полупроводниках сейчас выдают не более 10 гигагерц), а тепловыделение в них на пять порядков меньше. Кто-то рекламирует молекулярную электронику, кто-то одноэлектронику , кто-то фотонику или спинтронику Но все это - возможное будущее. Полупроводниковая электроника развивалась более 70 лет, и в нее вложены огромные коммерческие деньги, а здесь все надо развивать фактически с нуля. - И что перспективнее - развивать новую цифровую электронику или квантовую? - Так нельзя сравнивать. Область применения квантовых компьютеров вполне ограничена. И никто из нас пока не льстит себя надеждой на то, что все остальное придется выбрасывать.

Подробнее читайте на znak.com ...