Первая квантовая революция, начавшаяся в начале XX века, привела к созданию лазеров, транзисторов и атомной энергетики. В конце прошлого века стартовала вторая революция в квантовых технологиях, когда ученые научились управлять индивидуальными квантовыми частицами, что способствовало реализации множества перспективных идей.
На данный момент Россия занимает лидирующие позиции в области квантовых вычислений. Создание 50-кубитного компьютера и разработка уникальных решений по всем четырем ключевым платформам подчеркивают динамичное развитие квантовых технологий в стране.
Квантовые вычисления стали важной частью мировой научно-технологической повестки и, благодаря государственной поддержке, все более актуальными. С 2020 года в рамках национального проекта «Цифровая экономика» осуществляется дорожная карта «Квантовые вычисления», которая направлена на достижение технологического лидерства и суверенитета России в передовых технологиях.
Эта дорожная карта включает в себя несколько направлений, таких как разработка квантовых компьютеров и симуляторов, создание облачной платформы квантовых вычислений, развитие образования и популяризация науки, а также формирование индустриальных партнерств. Реализация этих планов требует долгосрочных инвестиций для укрепления позиции страны на высоких технологиях.
Одним из первых достижений дорожной карты стало создание 16-кубитного ионного квантового компьютера, который был представлен президенту России Владимиру Путину на Форуме будущих технологий в июле 2023 года.
В феврале 2024 года российские ученые представили 20-кубитный квантовый компьютер, а всего через полгода, в соответствии с графиком, разработали уже 50-кубитный. Это знаковое событие подчеркнуло развитие квантовых технологий в России.
В данный момент только шесть стран мира, включая Россию, имеют квантовые компьютеры с 50 и более кубитами. Генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев отметил, что создание 50-кубитного компьютера отражает значительное системное развитие квантовых технологий в стране.
Он также подчеркнул, что Россия является одной из трех стран, обладающих квантовыми компьютерами на всех четырех ключевых платформах — сверхпроводниках, ионах, нейтральных атомах и фотонах.
Успехи в этой области стали возможны благодаря совместной работе университетов и научных институтов, а также развитой образовательной базы. Один из разработчиков 50-кубитного компьютера, научный сотрудник Российского квантового центра Александр Борисенко, сообщил, что их цель достичь 50 кубитов была намечена на конец 2024 года, но им удалось добиться этого результата уже к осени 2024.
Это достижение является значительным прорывом, учитывая, что в других странах на развитие подобных технологий обычно уходит 10–15 лет, тогда как российским ученым понадобилось всего четыре года.
«Безусловно, мы ориентировались на мировой опыт в данной области, но также внесли множество оригинальных решений в процессе разработки. Например, мы применяем кудиты для более эффективного кодирования квантовой информации», — заявил ученый в интервью «Газете.Ru». На сегодняшний день самый мощный ионный квантовый компьютер в мире использует 56 кубитов, и, по словам Александра Борисенко, наше отставание в количественном показателе не столь критично.
«Мы нацелены не столько на увеличение количества кубитов, сколько на повышение качества операций, выполняемых на них», — добавил он. Современные технологии стремительно движутся к достижению квантового превосходства, что требует как значительного числа кубитов, так и высокого качества их работы.
Согласно Борисенко, одной из главных задач является сокращение ошибок в функционировании ионных кубитов, после чего будет возможно увеличивать их количество. Благодаря росту мощностей квантовых компьютеров открываются новые сферы применения, включая атомную, финансовую и нефтегазовую промышленности, где уже разрабатываются квантовые алгоритмы.
В августе 2024 года госкорпорация «Росатом» объявила о планах запустить производство промышленных квантовых компьютеров в России к 2030 году, что имеет стратегическую цель — внедрение квантовых вычислений в приоритетные отрасли для ускорения технологического прогресса.
Как отметил Станислав Страупе, руководитель сектора квантовых вычислений МГУ имени Ломоносова, универсальный квантовый компьютер способен решать любые задачи.
Квантовые вычисления обладают высоким потенциалом в задачах, где квантовое ускорение может быть максимально использовано, даже с использованием небольших и точных квантовых процессоров.
Эксперты, такие как Станислав Страупе, полагают, что наиболее перспективные области применения включают физическое моделирование квантовых систем и квантовую химию. Эти направления позволяют точно рассчитывать, например, энергию систем с большим числом частиц, что особенно актуально в разработке новых материалов и лекарств с нужными свойствами.
Также в качестве многообещающих рассматриваются задачи комбинаторной оптимизации, к которым относятся проблематика логистики, например, определение оптимальных маршрутов для большого числа автомобилей в городских условиях, а также планирование различных процессов.
Руслан Юнусов, советник генерального директора госкорпорации «Росатом», подчеркнул, что квантовые компьютеры способны переопределить экономику и промышленность, играя ключевую роль в будущем технологического суверенитета страны. Они могут улучшить качество жизни, позволяя точнее диагностировать заболевания и разрабатывать новые препараты.
Прognozy показывают, что достижения в области квантовых вычислений, которые сегодня кажутся фантастическими, в ближайшие десятилетия станут обыденностью. Тем не менее, несмотря на значительные преимущества, квантовые технологии также несут в себе серьезные риски, особенно в повышении угроз информационной безопасности.
Квантовые компьютеры могут представлять серьезную угрозу для существующих криптографических алгоритмов, ответственных за безопасность обмена информацией. В частности, это угрожает защите банковских операций и хранению данных в облачных сервисах.
Чтобы бороться с этими потенциальными рисками, российские ученые и инженеры активно развивают постквантовую криптографию. Это новые алгоритмы асимметричной криптографии, способные эффективно противостоять атакам как традиционных, так и квантовых систем.
С 2019 года разработка новых стандартов постквантовой криптографии осуществляется в рамках Технического комитета ТК26 Росстандарта при участии сотрудников компании QApp и научной группы «Криптонит». Одним из значимых достижений стал алгоритм электронной подписи «Шиповник», который уже получил общедоступную реализацию.
По словам Ивана Чижова, доцента кафедры информационной безопасности в МГУ и замруководителя лаборатории криптографии в «Криптоните», этот алгоритм демонстрирует устойчивость к атакам квантовых компьютеров даже при наличии миллиардов физических кубитов.
«Шиповник» обеспечивает защиту электронной переписки от попыток хакеров и недоброжелателей. Одним из ключевых решений, предложенных QApp, является библиотека PQC SDK, которая содержит постквантовые алгоритмы отечественной разработки и инструменты, облегчающие их интеграцию в различные информационные системы. Это позволяет обеспечить безопасность и соответствие современным требованиям защиты данных.
Компания QApp представила новый постквантовый алгоритм цифровой подписи под названием «Гиперикум», для которого разработана открытая программная реализация. Генеральный директор QApp, Антон Гугля, подчеркнул, что компания активно занимается разработкой различного программного обеспечения, устойчивого к квантовым атакам, с целью защиты данных от современных и будущих киберугроз.
Александр Приютов, директор по развитию бизнеса в компании QRate, в интервью «Газете.Ru» отметил растущий интерес к разработке квантовых технологий в России. В условиях повышения требований к информационной безопасности компании должны адаптировать свои решения к новым угрозам, что, в свою очередь, способствовало развитию их деятельности. QRate начала свою работу в рамках Российского квантового центра и сконцентрировалась на создании систем квантового распределения ключей (КРК). С 2015 года компания активно разрабатывает и внедряет квантовое шифрование для защиты инфраструктуры крупных российских организаций.
Приютов акцентировал внимание на том, что уникальность предложенных решений заключается в использовании фундаментальных законов физики для обеспечения безопасной передачи данных. В настоящее время QRate развивает три ключевых направления: систему квантового распределения ключей, научно-образовательные комплексы для подготовки специалистов в данной области, а также компонентную базу КРК, которая востребована научными учреждениями как самостоятельные продукты.
На данный момент компания разработала аппаратно-программные решения по обеспечению информационной безопасности с использованием квантовых технологий, основываясь на более тридцати собственных патентах. Квантовые технологии в России открывают новые горизонты, ранее считавшиеся недостижимыми. Перспективы, в которых квантовые компьютеры помогают в медицине, создают инновационные материалы и многократно усиливают уровень информационной безопасности, становятся реальностью, меняя представление о будущем.
