НИТУ "МИСиС" и Российский квантовый центр обрисовали будущее квантовых технологий в России
Российский квантовый центр (РКЦ) и НИТУ "МИСиС" представили финальную редакцию дорожной карты по квантовым технологиям. Документ содержит ключевые метрики и планы для осуществления технологического прорыва страны по квантовым вычислениям, квантовым коммуникациям и квантовым сенсорам.
Описанные в дорожной карте требования, показатели и методики будут являться руководством к действию для исследовательских групп, институтов и индустрии до 2024 года. Осуществление этих мероприятий должно привести к появлению в стране нескольких десятков стартапов в квантовых технологиях на равных конкурирующих с компаниями из США, Евросоюза и Китая.
В марте 2019 года НИТУ "МИСиС" и РКЦ выиграли конкурс "Росатома" на разработку дорожной карты по одной из девяти сквозных цифровых технологий. В работу над документом было вовлечено обширное российское и мировое научное сообщество, более 120 экспертов. Значительный вклад в разработку документа внесли такие организации, как ФИАН, МГУ, ИОФ РАН, консорциум Росатома по сверхпроводящим компьютерам, университет ИТМО и другие. Среди международных специалистов в работе над картой принимали участие Валентин Волков из Университета Южной Дании, Олег Астафьев из университета RUHL, Георгий Шляпников из Национального центра научных исследований Франции, профессор Оксфордского университета Александр Львовский и руководитель центра поляритоники и профессор Университета Westlake Алексей Кавокин и другие. Также к работе был привлечен ведущий консультант по квантовым технологиям компании Google Борис Альтшулер. Возглавил разработку карты генеральный директор РКЦ Руслан Юнусов.
"Актуальность квантовых технологий уже очевидна и со временем она будет только возрастать. Конечная цель дорожной карты — обеспечить суверенитет нашей страны в той технологической среде, которая еще только формируется. Через 15-20 лет сверхмощные квантовые компьютеры, сверхточные квантовые сенсоры и абсолютно защищенные квантовые каналы связи могут стать главными катализаторами развития соответствующих отраслей. И мы хотим, чтобы Россия играла на этом поле на равных с лидирующими в этой области странами Для этого у нас есть все необходимое — лучшие умы, площадки для развития стартапов и понимание государства", — прокомментировал анонс дорожной карты Генеральный директор РКЦ Руслан Юнусов.
Реализация заложенных в дорожную карту планов может сэкономить существенные материальные и временные ресурсы в десятках разных отраслей. Так, смоделированные на квантовом компьютере новые материалы со свойствами сверхпроводимости позволят снизить потери на линиях электропередач в России. Расчетное энергопотребление самих квантовых компьютеров будет более чем в 100 раз меньше, чем у традиционных, что позволит экономить на электроэнергии для ЦОД миллиарды рублей. В России могут появится собственные высококонкуретные производства сверхчувствительных медицинских датчиков, лидаров для беспилотных автомобилей, устройств квантовой криптографии и коммуникации.
"Одной из важнейших задач, которая позволит России войти в число мировых лидеров в области квантовых технологий, является консолидация усилий академического сообщества страны как в научной сфере, так и в области подготовки специалистов нового поколения. В 2019 году в НИТУ "МИСиС" стартовали несколько образовательных программ, среди которых интегрированная iPhD по направлению "Квантовое материаловедение", магистратура "Квантовые технологии материалов и устройств". Партнерами программ стали ведущие университеты и научно-исследовательские центры: РКЦ, МФТИ, Институт физики твердого тела РАН, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, Сколтех и др.", – отметила ректор НИТУ "МИСиС" Алевтина Черникова.
Рассчитанная до 2024 года дорожная карта ставит своей целью сократить отставание от мировых лидеров по квантовым вычислениям и выйти на мировой уровень по квантовым коммуникациям. При реализации описанных в карте мероприятий российские компании к 2024 году должны занять 8% мирового рынка квантовых коммуникаций с фокусом на экспорт в страны СНГ, БРИКС, Юго-восточной Азии и Латинской Америки.
Технологии первой квантовой революции сегодня применяются повсеместно: это транзисторы в компьютерах, флешках и смартфонах, фотодетекторы в цифровых камерах, лазеры в широком спектре отраслей промышленности. С конца XX века мы находимся на пороге второй квантовой революции, которая может оказать на наш мир еще большее воздействие. Ее ключевое отличие от первой революции — возможность управлять системами на уровне отдельных атомов, ионов или фотонов.
Квантовые компьютеры — это новый класс вычислительных устройств, использующий для решения задач принципы квантовой механики. В целом ряде задач квантовый компьютер будет способен дать многократное ускорение по сравнению с существующими суперкомпьютерами. Прежде всего это поиск по базам данных, кибербезопасность, искусственный интеллект и создание новых материалов.
Под квантовыми коммуникациями понимают технологию защиты информации, использующую для передачи данных индивидуальные квантовые частицы. Основное преимущество такой технологии — возможность гарантировать абсолютную защиту от взлома: какими бы вычислительными ресурсами не обладал злоумышленник, квантовая криптография все равно надежна, так как базируется на фундаментальных законах природы.
Квантовые сенсоры — класс приборов и устройств для высокоточного измерения различных параметров. Высокая степень контроля над состоянием отдельных микроскопических систем позволяет создавать квантовые сенсоры с уровнем чувствительности на порядки превышающем показатели традиционных магнитометров, акселерометров, гироскопов и других датчиков, что может использоваться во многих отраслях. Например, высокая чувствительность таких сенсоров позволяет проводить раннюю диагностику различных заболеваний, когда другими методами начавшиеся отклонения от нормы еще не регистрируются. Другим наглядным примером является применение квантовых технологий в атомных часах, что позволит увеличить точность позиционирования в системах GPS и ГЛОНАСС с двух-пяти метров до нескольких сантиметров.
