Семинары

Что ждать от квантовых технологий

9 июня в конференц-зале ЛТФ состоялся общеинститутский семинар "Квантовые вычисления с использованием многоуровневых систем", докладчик - руководитель группы квантовых информационных технологий "Сколково" Алексей Федоров.

В мероприятии, проводимом как в очном, так и в онлайн-формате, приняли участие более 250 сотрудников ОИЯИ. Семинар, помимо актуальной для Института тематики, был замечателен еще и тем, что стал иллюстрацией новой российской науки (ведь инновационный центр "Сколково" создавался с нуля, в наше время). Она молода - Российскому квантовому центру, в котором работает А.Федоров, 10 лет, а средний возраст сотрудников 34 года. Мобильна - в создании центра и его работе принимают участие иностранные специалисты, выпускники престижных вузов мира, в том числе два Нобелевских лауреата. Динамична - ученые РКЦ в сотрудничестве с другими российскими институтами в 2013 году впервые в России произвели измерение кубита, в 2015-м создали первый в России сверхпроводящий кубит, в 2017-м создали первый в мире квантовый блокчейн. Интернациональна - за координацию научной деятельности центра отвечает Международный консультативный совет.

В информационно насыщенной лекции по одному из самых сложных и многообещающих научных направлений были даны исторический экскурс возникновения идеи квантовых вычислений, обзор существующих платформ, наработок, как мировых, так и российских, комментарии к некоторым событиям, опубликованным в СМИ, разъяснения принципов и подходов, а также некоторых результатов.

Во вводной части лекции прозвучали ответы на общие вопросы: что такое квантовые технологии, почему интересно работать в этой области, чего ждать от их внедрения? А также докладчик коснулся истории вопроса - первых публикаций. В частности, упоминались работы нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана, Чарльза Беннетта, книга советского математика Юрия Манина "Вычислимое и невычислимое", работы Дэвида Дойча, Пола Бениоффа, Сета Ллойда. Все они привели к ажиотажному интересу по поводу квантового компьютера, основанного на использовании таких квантовых эффектов, как квантовая запутанность и квантовая суперпозиция, и оперирующим не привычными битами, а кубитами (способными принимать бесконечное множество состояний, каждое из которых представляет собой "смесь" двух основных - 0 и 1). И на этом, отметил докладчик, популярные доклады обычно заканчиваются. Здесь же семинар не дошел и до середины.

Дальше было рассказано о том, на какой платформе можно создать квантовый компьютер. Сегодня существуют несколько идей и образцов. Самые известные из них: суперпроводниковые, ионные ловушки, Ридберговские атомы и кремниевая фотоника, плюс десяток альтернативных подходов. Какую из них выбрать - пока нет однозначного ответа. Возможно, имеют право на жизнь несколько, в зависимости от предназначения компьютера, от того, какие задачи он будет решать. И далее А.Федоров прокомментировал сообщение Google о том, что их квантовый компьютер потратил 200 секунд на вычисления, которые на самом мощном сегодня суперкомпьютере заняли бы 10 000 лет...

Закономерный вопрос - какие задачи могут решать квантовые компьютеры, - наверное, достоин отдельного семинара. В плане оптимизации это логистика, финансовые операции, планирование работы, машинное обучение. В области моделирования возможно создание сложных молекул в химии, биофизике, материаловедении. А квантовый алгоритм факторизации чисел на простые множители может применяться в криптоаналитике. Конечно же, криптографии, новым подходам к обеспечению безопасности информации было уделено больше внимания, это один из часто задаваемых вопросов. Тем более что у РКЦ реализованы вполне конкретные проекты по устройствам квантовых коммуникаций.

Отмечалось также, что есть большая область исследований - это поиск квантовых алгоритмов для вычислений. Была рассмотрена модель квантовых вычислений с использованием многоуровневых систем (кудитов), представлены результаты этой работы в РКЦ. Также А.Федоров рассказал о еще одном направлении исследований - открытых квантовых системах.

В завершение лекции докладчик отметил возможности применения квантовых технологий в физике высоких энергий. В частности, моделирование, ускорение машинного обучения для обработки данных экспериментов и другие. Естественно, такой доклад вызвал много вопросов аудитории.

Есть мнение, что мы сейчас находимся на пороге второй квантовой революции (первая привела к появлению ядерных технологий, лазеров, транзисторов и, как следствие, компьютеров и сотовой связи), которая будет связана с квантовыми коммуникациями и вычислениями, что обещает новый технологический прорыв и новый поток знаний во всех науках о природе. Поэтому такую лекцию будет интересно пересматривать время от времени, и, конечно, стоит ознакомиться тем, кто не присутствовал на семинаре. Запись выложена по адресу https://indico.jinr.ru/event/2205/.

Подробнее об Алексее Федорове, его истории успеха и жизненной позиции можно прочитать в интернете, в статье, заголовком к которой взят неофициальный лозунг Российского квантового центра: "Работай так, чтобы на еду не оставалось времени". Поверьте, это очень интересно.

Галина МЯЛКОВСКАЯ,
фото Елены ПУЗЫНИНОЙ