Первая квантовая революция в начале XX века привела к созданию лазеров, транзисторов и атомной энергетики, что стало значительным шагом для человечества.
Вторая квантовая революция началась в конце XX века, когда ученые стали управлять отдельными квантовыми частицами и их свойствами, что открыло новые возможности в этой области.
Сегодня Россия занимает лидирующие позиции в квантовых вычислениях, что подтверждается появлением 50-кубитного компьютера и другими уникальными разработками.
Квантовые вычисления, которые еще недавно казались далекими от реальности, становятся важной частью мировой научно-технологической повестки именно в России.
Прорыв в этой области стал возможен благодаря государственной поддержке. С 2020 года в стране реализуется дорожная карта «Квантовые вычисления» в рамках национального проекта «Цифровая экономика», целью которой является обеспечение технологического лидерства и суверенитета в области передовых технологий.
Дорожная карта включает разработки квантовых компьютеров, симуляторов, квантовых алгоритмов, создание облачных платформ, а также развитие образования и популяризацию науки.
Одним из первых успехов этой программы стало создание 16-кубитного ионного квантового компьютера, который был представлен президенту Владимиру Путину в июле 2023 года на Форуме будущих технологий.
В феврале 2024 года российские ученые представили 20-кубитный квантовый компьютер на ионах, а спустя полгода продемонстрировали 50-кубитный вариант. Это событие стало важной вехой в развитии квантовых технологий в России. На данный момент только шесть стран в мире, включая Россию, обладают такими квантовыми компьютерами.
Генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев отметил, что создание 50-кубитного компьютера иллюстрирует прогресс в области квантовых вычислений. Он подчеркнул, что Россия – одна из трех стран, имеющих квантовые компьютеры на всех четырех критически важных платформах: сверхпроводниках, ионах, нейтральных атомах и фотонах.
Достигнутые результаты стали возможны благодаря совместным усилиям университетов и научных институтов, а также благодаря развитию образовательных программ и экспертной базы. Один из ведущих разработчиков 50-кубитного компьютера, Александр Борисенко из Российского квантового центра, заметил, что первоначально разработка 50 кубитов была запланирована к концу 2024 года. Однако команде удалось достичь этого результата уже осенью, что является впечатляющим прогрессом, поскольку в других странах данная задача может занимать от 10 до 15 лет.
«Мы, конечно, учитываем мировой опыт в данной области, но также предложили много оригинальных решений в процессе разработки», — сообщил ученый «Газете.Ru».
На сегодняшний день самый мощный ионный квантовый компьютер в мире имеет 56 кубитов, и, по мнению Александра Борисенко, наше отставание в количестве кубитов не столь критично. «Мы планируем не только наращивать количество кубитов, но и улучшать качество операций, которые на них выполняются», — отметил он.
Весь мир стремится к достижению квантового превосходства, что требует наличия как большого количества кубитов, так и высокого их качества. «Основная задача — снизить уровень ошибок в работе ионных кубитов, а затем постепенно увеличивать их количество», — добавил Борисенко.
Увеличение мощности квантовых компьютеров открывает новые перспективы в различных отраслях. На данный момент активно разрабатываются квантовые алгоритмы для атомной, финансовой и нефтегазовой сферах.
В августе 2024 года госкорпорация «Росатом» объявила о намерении запустить производство промышленных квантовых компьютеров в России к 2030 году. Их внедрение в ключевые сектора экономики будет способствовать ускорению технологических процессов.
По словам Станислава Страупе, руководителя сектора квантовых вычислений Центра квантовых технологий МГУ, универсальный квантовый компьютер способен решить любую задачу.
Квантовые вычисления открывают новые возможности в различных областях, особенно в физическом моделировании и квантовой химии. Эти задачи требуют высокой точности при расчетах энергетических параметров сложных систем, таких как большие молекулы. Эксперты считают, что применение квантовых технологий может существенно упростить разработку новых материалов и лекарств с заданными характеристиками.
С другой стороны, комбинаторная оптимизация, включая логистику и планирование, также рассматривается как важное направление, в котором квантовые компьютеры могут продемонстрировать свое преимущество.
Руслан Юнусов, советник госкорпорации «Росатом», подчеркивает, что квантовые технологии способны кардинально изменить экономику и промышленность, став основой будущего технологического суверенитета. Они обещают улучшить качество жизни, позволяя более точно диагностировать заболевания и разрабатывать инновационные лекарства. Юнусов оптимистично утверждает, что то, что сегодня считается научной фантастикой, в течение нескольких десятилетий может стать обыденным.
Однако по мере роста мощностей квантовых вычислений возникает и новая угроза для информационной безопасности. Таким образом, наряду с потенциальными преимуществами, развитие квантовых технологий требует серьезного внимания к вопросам безопасности.
С развитием квантовых технологий существует опасность, что злоумышленники смогут преодолеть современные криптографические алгоритмы, защищающие информацию. Квантовая угроза может затронуть, например, безопасность банковских операций и хранение данных в облачных сервисах.
Для борьбы с этими рисками российские ученые активно занимаются разработкой постквантовой криптографии — новых алгоритмов асимметричной криптографии, которые призваны защитить данные от атак как классических, так и квантовых компьютеров.
С 2019 года в рамках Технического комитета ТК26 Росстандарта работа по созданию новых государственных стандартов ведется разработчиками из компании QApp и научно-исследовательской группы «Криптонит». Доцент кафедры информационной безопасности ВМК МГУ и заместитель руководителя лаборатории криптографии Иван Чижов отметил, что «Криптонит» уже представил первую российскую постквантовую схему электронной подписи «Шиповник», обладающую программной реализацией, способной обеспечить защиту электронной переписки даже от мощных квантовых компьютеров.
«Шиповник» гарантирует безопасность документов от недоброжелательного использования. Важным программным решением компании QApp является библиотека PQC SDK, содержащая постквантовые алгоритмы и инструменты для их внедрения в различные информационные системы, что упрощает и ускоряет процесс интеграции.
Компания QApp представила новый постквантовый алгоритм цифровой подписи «Гиперикум», который также сопровождается открытой программной реализацией. Генеральный директор QApp, Антон Гугля, сообщил, что компания занимается разработкой квантово-устойчивого программного обеспечения, предназначенного для защиты данных от современных и будущих кибератак.
С увеличением интереса к квантовым технологиям в России, необходимость инновационных решений в области информационной безопасности становится особенно актуальной.
Директор по развитию бизнеса QRate, Александр Приютов, в интервью «Газете.Ru» рассказал о том, что компания, вышедшая из лаборатории Российского квантового центра, сосредоточена на разработке систем квантового распределения ключей. С 2015 года QRate активно внедряет технологии квантового шифрования, направленные на защиту инфраструктуры крупных российских организаций.
Основная идея их инновационных решений — использование базовых законов физики для надежной передачи цифровых данных. В нынешний момент QRate развивает три ключевых направления: это система квантового распределения ключей, научно-образовательные комплексы для подготовки специалистов в области квантовых технологий и компонентная база для систем КРК, которая также востребована научными учреждениями как независимые продукты.
Компания уже сегодня работает над созданием инструментов, способных успешно противостоять современным угрозам кибербезопасности, используя для этого свои специализированные патенты, общее количество которых превышает тридцать.
Квантовые технологии в России открывают новые перспективы и возможности, которые ранее считались недостижимыми. Будущее, в котором квантовые компьютеры способны не только раскрывать медицинские загадки, но и создавать инновационные материалы, а также обеспечивать высокий уровень информационной безопасности, постепенно превращается в реальность.
