Сегодня, 14 апреля, отмечается Всемирный квантовый день. Квантовые технологии перестали быть научной фантастикой и уже сегодня меняют реальные отрасли — от медицины до финансов. Директор дизайн-центра квантового проектирования НИТУ МИСИС Наталия Малеева расскажет как Россия вошла в тройку мировых лидеров в этой гонке, какие задачи решают отечественные квантовые компьютеры и где их применяют уже сейчас.
Криостат растворения в лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС
Последние годы стали переломными в мире квантовых технологий. Сделав первые шаги в области индустриальных применений, они перестали быть только лабораторной игрушкой, интересной лишь ученым.
Сейчас основные потребители на рынке квантовых вычислений – здравоохранение, банковский и финансовый сектор, производство, автомобилестроение и химическая промышленность. Глобальный рынок квантовых технологий небольшой, но хорошо развивающийся: по разным оценкам в ближайшие 10 лет ожидается совокупный среднегодовой темп роста до 34%. По данным McKinsey к 2035 мировой рынок квантовых технологий оценивается от 28 до 72 млрд долларов США; квантовых коммуникаций – от 11 до 15 млрд долларов США; и квантовых детекторов – от 0.5 до 2.7 млрд долларов США. Предполагается, что российский рынок может занять до 6% от глобального.
Директор дизайн-центра квантового проектирования НИТУ МИСИС Наталия Малеева
Мы находимся сейчас на этапе так называемых NISQ-устройств (Noisy intermediate-scale quantum – шумные квантовые устройства, порядка нескольких сотен кубитов), уже решены некоторые задачи квантовой химии, выполнены пилотные алгоритмы, сделаны первые шаги в квантово-классическом машинном обучении и решены проблемы оптимизации.
Многокубитные квантовые компьютеры созданы во многих странах на основе разных физических носителях. На сегодняшний день в России созданы 60-кубитный квантовый компьютер на основе фотонных чипов, 50-кубитный квантовый процессор на ионах, 50-кубитный на нейтральных атомах, 16-кубитный сверхпроводниковый универсальный квантовый процессор и 16-кубитный сверхпроводниковый квантовый симулятор. Только две страны, кроме России развивают все эти платформы, это США и Китай. То, что мы входим в тройку мировых лидеров – колоссальное конкурентное преимущество, ведь пока нельзя говорить об однозначном доминировании одной из физических платформ для квантовых вычислений.
Ряд процессоров и в мире, и у нас уже применяют для практических расчетов. Предоставлен облачный доступ к расчетам на таких компьютерах, и уже можно попробовать свои силы в написании программ. В нескольких странах,включая Россию, созданы сети из квантовых линий связи. Они помогают защищать передаваемую информацию на уровне законов физики и не поддаются перехвату и расшифровки злоумышленниками. Они находят реальное применения в государственных и банковских структурах. В России на данный момент созданы и работают в тестовом режиме протяженные квантовые сети. В планах протянуть эти линии на расстояния свыше 10000 км.
Лаборатория сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС
Если делать прогноз на ближайшие 10 лет, то наибольшую пользу квантовые вычисления продолжат приностить финансовому сектору (например, оптимизация финансовых портфелей), здравоохранению (например, анализ снимков или фармакологические исследования), энергетике и ЖКХ (например, решение задач оптимизации выработки и распределения электроэнергии), автомобилестроению (оптимизация производственных процессов и логистики).
Квантовая сенсорика уже востребована, и станет еще более популярной. Например, в калибровке стандартов для новых технологий связи и повышения точности геолокации, в медицине при сканировании мозга и отслеживании метаболических процессов в реальном времени. Она востребована и для наблюдений за окружающей средой при прогнозирование извержений вулканов и землетрясений.
Разработки в области квантовой коммуникации лягут в основу не только модульной архитектуры квантовых процессоров следующих поколений, но и будут востребованы в области киберзащиты от злоумышленников, т.н. пост-квантовая криптография.
