Экономика 18 января 2018, 13:22

Квантовый компьютер: победитель получит всё

На данной экспериментальной установке ведутся исследования взаимодействия отдельных атомов, и разрабатываются оригинальные схемы выполнения квантовых логических операций. Фото: Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова

На данной экспериментальной установке ведутся исследования взаимодействия отдельных атомов, и разрабатываются оригинальные схемы выполнения квантовых логических операций. Фото: Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова

Американская компания Intel фактически призналась в провале исследований в области создания квантового компьютера, отдав исследования в этой области на аутсорсинг. Фундаментальные разработки, проводимые российскими физиками и математиками, позволяют заявить о безусловном лидерстве нашей страны в этой сфере. 

До недавнего времени ситуация с созданием квантового компьютера в основном сводилась к громким заявлениям, но надо признать, что на сегодняшний день прогресс в этом достигнут большой. Сложность создания этого типа компьютеров многие сравнивают с работами по созданию ядерного оружия, а потому государство поддерживает усилия учёных и конструкторов в этой области. Ведь ожидается,  что квантовый компьютер сможет выполнять задачи, которые для обычного компьютера неразрешимы. Его создание приведёт к тому, что все существующие сегодня системы безопасности одномоментно устареют.

Отметим, что общемировая тенденция связана с развитием технологии сверхпроводников. Из последних достижений — успехи компании IBM, создавшей квантовый компьютер с 50 квантовыми битами. В открытое пользование американская компания предоставит более простую модель, в которой имеется только 20 квантовых битов. Но несмотря на то, что система полностью работоспособна, с практической точки зрения она мало полезна и в настоящее время является,  скорее, игрушкой, с помощью которой можно проверить, как работают квантовые алгоритмы.

Для создания же «полезного» квантового компьютера необходимо разработать машину, в которой будет гораздо большее количество точно работающих квантовых систем. Полупроводники, на которых строят свои образцы Intel и IBM, способны на это с большими оговорками. А вот наши учёные, кроме полупроводников и сверхпроводников, сосредоточились на изучении физики холодных атомов.

Такую работу проводит «Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова» Сибирского отделения РАН. Там ведутся работы в области создания компьютера, который будет свободен от ограничений,  накладываемых на полупроводники. Преодолеть барьер, который связан с точностью квантовых операций, учёные планируют в ближайшие несколько лет. Несмотря на то, что пока никому не удалось решить эту задачу, отсутствие прогресса связано, по большей части, с небольшим количеством в мире участников. Сказать, что многие пытались и не получилось — нельзя.

Руководитель группы разработчиков Илья Бетеров так комментирует ситуацию: «С точки зрения сегодняшнего дня мы отстаём: у нас нет того, что есть у IBM. Но наша физическая модель свободна от всех ограничений, существующих у конкурентов и присущих сверхпроводникам и сверхпроводящим системам. В частности, она способна к масштабированию. Мы используем холодные атомы. У нас есть экспериментальный стенд, в котором происходит лазерное охлаждение атомов до сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю. В дальнейшем с помощью лазерного излучения мы изучаем возбуждение и взаимодействие атомов, но выполнять операции с ним пока ещё не можем. Если сделать прототип, работающий с 10 атомами, сделать его с 1000 атомами ненамного сложнее».

Вторым важным аспектом создания квантового компьютера является разработка математической модели его действий. Он коренным образом отличается от классических ЭВМ, так как в его основе лежит абстрактная алгебра математически адекватно описывающая квантовые процессы. Одно из ведущих мест в этой области принадлежит Уральскому государственному лесотехническому университету.

Ещё в конце 50-х годов прошлого века в Свердловском Лестехе начала формироваться авторитетная школа специалистов в области компьютерных технологий. Это было связано с тем, что на кафедре высшей математики работал Виктор Глушков — впоследствии академик и как его называли — «отец советской кибернетики». Его труды в области создания искусственного интеллекта были начаты именно в стенах уральского вуза. В последующем его пригласили в Москву для создания Института кибернетики Академии наук СССР. Но благодаря Виктору Глушкову в конце 60-х — начале 70-х годов прошлого века вычислительная база Лесотехнического института была лучшей на Урале.

Сегодня работами по математическому моделированию квантовой ЭВМ в Лестехе руководит доктор технических наук, профессор Валерий Лабунец. До этого он долгое время занимался исследованиями в лаборатории финской компании NOKIA. Читал лекции в Стенфордском университете (США) и Институте кибернетики (Германия). Его биографию можно также отметить большой работой по квантовым компьютерам, выполненную по заказу Российского фонда фундаментальных исследований.

Учёный во всех смыслах работает на том же месте, которое занимал Виктор Глушков ( в том же кабинете). Математическая модель уже разработана. Валерий Лабунец пояснил корреспонденту «ОГ»: «С помощью подобных алгоритмов можно осуществлять помехоустойчивую связь абонентов. Моя работа приятна тем, что не требует большой материально-технической базы. В её основе  - чистая математика, программирование и моделирование. Мы проводим исследование с группой из нескольких талантливых магистрантов. Наша команда — самая сильная в Екатеринбурге. В принципе, можно сказать,  что работа практически закончена и сейчас оформляется в монографию. Супербыстрые алгоритмы, созданные на основе квантовых эффектов, обрабатывают гигантские массивы данных, идущих со спутников дистанционного зондирования земли. Ранее вычислительные мощности не позволяли так быстро обрабатывать информацию, поступающую с разведывательных спутников. В этом направлении есть большой интерес».

Второй путь развития — защищённая передача данных. Квантовое кодирование позволяют со стопроцентной вероятностью защитить информацию от перехвата и взлома. Подобные системы уже созданы и действуют. Промышленное устройство, разработанное в России, обеспечивает с помощью системы квантового шифрования связь между банковскими центрами, расположенными в Цюрихе и Женеве (Швейцария).

Нашли опечатку? Выделите её и нажмите Ctrl+Enter.
Областная газета Свердловской области