Как вообще устроены квантовые компьютеры?
Информация в квантовых компьютерах кодируется кубитами, которые в отличие от традиционных битов, могут одновременно принимать значения и 0 и 1. Это называется суперпозицией состояний. Помимо этого, чтобы передать информацию, кубиты нужно «запутать», то есть ввести в состояние, в котором они становятся взаимозависимы друг от друга. Тогда измеряя состояние одного кубита, вы узнаете состояние другого. Квантовые компьютеры реализуются на разных квантовых платформах, то есть на основе разных квантовых частиц. Используя такие их свойства как суперпозиция, запутанность и параллельность, можно производить вычисления.
Можно ли соединить квантовые компьютеры между собой? Хотя бы те, что уже существуют?
В теории — да. На практике — все немного сложнее. У каждой квантовой частицы свои особенности, но у фотонов есть преимущество – они лучше всего способны переносить информацию. Поэтому квантовые компьютеры будущего будут общаться между собой посредством фотонов. Фотоны можно передавать по существующим оптоволоконным сетям. Однако при отправке на длинные дистанции фотоны угасают, поэтому пока их удается передавать только на десятки километров.
А если я в будущем приобрету квантовый компьютер и захочу связаться с другим городом?
Вполне возможно, все получится! Сейчас ученые считают, что решить проблему передачи фотонов на большие расстояния могут так называемые квантовые повторители, которые представляют собой «простой» квантовый компьютер. Его задача передать фотон и связать его состояние с отдаленным фотоном без изменений. Квантовый повторитель имеет способность сохранять запутанность переданного кубита, давая кубиту, который где-то там в мире, время тоже запутаться с повторителем. И если два кубита запутаны с квантовым повторителем, то они также становятся запутаны между собой.
И что это даёт?
Таким образом, квантовый повторитель играет роль ретранслятора, который поддерживает передачу сигнала. В теории, запутывать фотоны на расстоянии тысячи километров друг от друга можно еще быстрее с помощью спутников, оснащённых лазером, используя его вместо оптоволокна. Создание стабильно работающей сети из квантовых повторителей станет первым шагом для создания квантового интернета. А это в свою очередь даст возможность для сверхбыстрого и сверхзащищённого обмена данными.
А как дела с квантовыми компьютерами в России?
В России правительством утверждена дорожная карта развития квантовых вычислений. Для ее реализации под эгидой Росатома создан консорциум под названием «Национальная квантовая лаборатория». В него вошли ведущие технические вузы, институты и высокотехнологичные компании. Участники проекта получают разнообразную поддержку своей деятельности.
Росатом является ответственным за создание российского квантового компьютера и интегратором процессов по созданию в нашей стране индустрии квантовых вычислений. Применение квантового компьютера повысит эффективность и надежность энергетических систем за счет соединения квантовых вычислений с технологиями искусственного интеллекта и машинного обучения, позволит создавать передовые материалы с новыми свойствами и использовать универсальные квантовые вычислительные системы для быстрой разработки новых лекарств и вакцин. Еще он откроет новые возможности оптимизации потоков транспорта и потребления ресурсов, а также обеспечит стойкую криптографическую защиту информации. В итоге квантовые вычисления создадут новые возможности для развития экономики, науки и технологий, послужат увеличению продолжительности жизни и росту благосостояния людей»,
— поясняет Екатерина Солнцева, директор по цифровизации Госкорпорации «Росатом».
Как это поможет развитию квантового интернета в России?
Основная задача консорциума — создание в 2024 году 100-кубитного квантового компьютера. Также в задачи консорциума входит подготовка специалистов и привлечение в Россию международных экспертов в квантовых вычислениях.
В 2021 году РКЦ запустил облачную вычислительную платформу с доступом к эмулятору квантового компьютера, на котором ученые и представители бизнеса уже могут производить сложные математические вычисления, направленные на оптимизацию внутренних процессов. В будущем эта облачная платформа предоставит доступ и к реальным квантовым компьютерам, разрабатываемым в рамках дорожной карты.
В России также активно развиваются технологии квантовых коммуникаций. Значительных успехов в этой области добился Консорциум по развитию квантовых коммуникаций, созданный на базе университета ИТМО.
