Первая квантовая революция в начале XX века привела к появлению таких технологий, как лазеры, транзисторы и атомная энергетика. Вторая революция в квантовых технологиях началась в конце прошлого столетия, когда ученые научились эффективно управлять отдельными квантовыми частицами и их свойствами, что открыло новые горизонты для научных разработок.
В настоящее время Россия занимает лидирующие позиции в области квантовых вычислений, о чем свидетельствует создание 50-кубитного компьютера и уникальных разработок на всех четырех ключевых квантовых платформах. Квантовые вычисления стали важным стратегическим направлением на мировой научной арене.
Эти технологии, которые еще недавно казались недостижимыми, сегодня активно развиваются в России. Значительный прогресс в этой области осуществляется благодаря государственной поддержке. С 2020 года в рамках национального проекта «Цифровая экономика» реализуется дорожная карта по квантовым вычислениям, направленная на обеспечение технологического лидерства и суверенитета страны в передовых технологиях.
Дорожная карта включает несколько ключевых направлений: разработка квантовых компьютеров и симуляторов, создание квантовых алгоритмов, формирование облачной платформы для квантовых вычислений, а также развитие образования и индустриальных партнерств. Эти инвестиции являются долгосрочными и нацелены на укрепление позиций России в данной области.
Одним из первых значимых результатов дорожной карты стало создание 16-кубитного ионного квантового компьютера, который был продемонстрирован президенту Владимиру Путину на Форуме будущих технологий в июле 2023 года.
В феврале 2024 года российские ученые представили 20-кубитный квантовый компьютер на ионах, а через полгода создан 50-кубитный аппарат. Это событие стало значимой вехой в развитии технологий в России, так как на данный момент только шесть стран мира обладают квантовыми компьютерами с 50 и более кубитами.
Алексей Лихачев, генеральный директор госкорпорации «Росатом», отметил, что достижение 50-кубитного компьютера подтверждает системное развитие квантовых технологий в стране. Он добавил, что Россия входит в число трех стран, имеющих квантовые компьютеры на всех четырех ключевых платформах — сверхпроводниках, ионах, нейтральных атомах и фотонах. Это достижение стало возможным благодаря взаимодействию университетов и научных институтов, а также усиливающейся образовательной базе.
Александр Борисенко, один из разработчиков 50-кубитного компьютера и ведущий научный сотрудник Российского квантового центра, сообщил, что планировалось достичь этого результата только к концу 2024 года. Однако российским ученым удалось добиться этого успеха уже к началу осени.
Это действительно значительный прорыв, ведь в среднем другим странам на такие достижения требуется 10–15 лет, тогда как российским разработчикам удалось воплотить задуманное всего за четыре года.
В интервью «Газете.Ru» ученый Александр Борисенко рассказал о разработках в области квантовых вычислений, акцентируя внимание на своей команде оригинальных решениях. Одним из таких решений является использование кудитов для более плотного кодирования квантовой информации.
На сегодняшний день самый мощный ионный квантовый компьютер в мире работает на 56 кубитах. Борисенко считает, что Россия не отстает в этом аспекте, поскольку важно не только количество кубитов, но и качество их работы. В будущем команда планирует сосредоточиться не на увеличении количества, а на повышении точности операций с кубитами.
Эксперт подчеркивает, что для достижения квантового превосходства необходимо минимизировать ошибки в управлении ионными кубитами, а затем увеличить их численность.
Квантовые компьютеры открывают новые горизонты для различных промышленных сфер, включая атомную, финансовую и нефтегазовую отрасли. В августе 2024 года госкорпорация «Росатом» озвучила планы по созданию конкурентоспособной квантовой индустрии, стремясь запустить производство промышленных квантовых компьютеров в России к 2030 году.
Основной вектор — внедрение квантовых технологий в приоритетные сектора экономики для ускорения технологичного прогресса. Станислав Страупе, руководитель сектора квантовых вычислений в Центре квантовых технологий МГУ, отметил, что универсальный квантовый компьютер способен решать любые задачи, что подчеркивает важность этих исследований.
По мнению экспертов, наиболее перспективные задачи для квантовых компьютеров лежат в сферах, где они могут достигать значительного ускорения при выполнении расчетов. В первую очередь, это касается задач физического моделирования и квантовой химии, таких как точный расчет энергии сложных систем, включая большие молекулы.
Эффективное решение этих задач может сыграть важную роль в разработке новых материалов с заданными характеристиками и в создании лекарственных средств.
Среди других перспективных областей выделяются задачи комбинаторной оптимизации, к которым относятся логистические задачи. Например, это поиск оптимальных маршрутов для большого количества автомобилей в городских условиях или эффективное планирование ресурсов.
Квантовые компьютеры обещают кардинальные изменения в экономике и промышленности, играя ключевую роль в технологическом суверенитете будущего. Как отметил Руслан Юнусов, советник генерального директора госкорпорации «Росатом», квантовые вычисления могут значительно улучшить качество жизни: от точной диагностики заболеваний до разработки инновационных лекарств.
По словам Юнусова, то, что сегодня представляется научной фантастикой, в горизонте нескольких десятков лет может стать повседневной реальностью. Однако вместе с огромным потенциалом квантовые компьютеры также создают новые вызовы для информационной безопасности, что требует внимательного анализа и разработки защитных мер.
Злоумышленники могут использовать квантовые компьютеры для взлома современных криптографических алгоритмов, что ставит под угрозу безопасность таких важных аспектов, как банковские операции и хранение данных в облачных сервисах.
Чтобы смягчить этот риск, российские ученые и инженеры активно разрабатывают постквантовую криптографию — новые асимметричные криптографические алгоритмы, устойчивые как к классическим, так и к квантовым угрозам.
С 2019 года внедрением новых стандартов постквантовой криптографии занимаются специалисты компании QApp и исследовательской группы «Криптонит» в рамках Технического комитета ТК26 Росстандарта. Инициативу поддерживает доцент кафедры информационной безопасности МГУ и заместитель руководителя лаборатории криптографии компании «Криптонит» Иван Чижов.
Он упомянул о создании первой российской постквантовой схемы электронной подписи под названием «Шиповник». Этот алгоритм, по его словам, устойчив к атакам будущих квантовых компьютеров, даже с миллиардом кубитов, обеспечивая защиту электронной переписки и документов от хакеров.
Важно отметить, что ключевым решением от QApp является библиотека PQC SDK, которая включает постквантовые алгоритмы и инструменты, упрощающие их интеграцию в различные информационные системы, что существенно ускоряет переход к новым стандартам безопасности в цифровой среде.
Компания QApp представила свой новый постквантовый алгоритм цифровой подписи под названием «Гиперикум», для которого также разработана открытая программная реализация. Генеральный директор компании Антон Гугля подчеркнул, что QApp активно занимается созданием квантово-устойчивого программного обеспечения для защиты данных от текущих и будущих кибератак.
Александр Приютов, директор по развитию бизнеса компании QRate, в интервью «Газете.Ru» отметил, что интерес к квантовым технологиям в России продолжает расти, так как вопросы информационной безопасности становятся актуальнее с развитием новых технологий. QRate была основана в лаборатории Российского квантового центра и сосредоточена на разработке систем квантового распределения ключей (КРК). С момента своего создания в 2015 году компания внедряет технологии квантового шифрования для защиты инфраструктуры крупнейших российских организаций.
По словам Приютова, основная инновационность их решений заключается в применении законов физики, что позволяет обеспечивать высокий уровень безопасности при передаче цифровых данных. В настоящий момент у QRate есть три ключевых направления разработки: система квантового распределения ключей, научно-образовательные комплексы для подготовки специалистов в области квантовых технологий и компонентная база КРК, которая востребована научными организациями как самостоятельные продукты.
Компания разрабатывает инструменты, позволяющие противостоять современным типам атак на критическую инфраструктуру. Их комплексные аппаратно-программные решения защитной направленности основываются на более чем тридцати собственных патентах.
Квантовые технологии в России открывают новые горизонты, которые ранее казались недостижимыми. Будущее, где квантовые компьютеры способны помогать в лечении заболеваний, создании новых материалов и обеспечении высокой степени информационной безопасности, становится реальностью.
