Первая квантовая революция XX века принесла человечеству лазеры, транзисторы и атомную энергию. Вторая революция началась в конце прошлого века, когда ученые научились управлять индивидуальными квантовыми частицами, что открыло новые горизонты для разработок.
В настоящее время Россия занимает лидирующие позиции в области квантовых вычислений. Появление 50-кубитного компьютера и уникальные достижения по всем четырем приоритетным квантовым платформам подтверждают активное развитие квантовой науки в стране.
Квантовые вычисления стали одним из стратегических направлений мировой научной повестки. Эти технологии, которые еще недавно казались недоступными, теперь активно развиваются в России благодаря государственной поддержке. С 2020 года в рамках национального проекта «Цифровая экономика» реализуется дорожная карта «Квантовые вычисления». Ее цель — обеспечить технологическое лидерство и суверенитет России в области высоких технологий.
Дорожная карта включает несколько направлений: разработку квантовых компьютеров и симуляторов, создание облачной платформы для вычислений, развитие образования и популяризацию науки.
Одним из первых достижений дорожной карты стал 16-кубитный ионный квантовый компьютер, который был представлен президенту России Владимиру Путину на Форуме будущих технологий в июле 2023 года. Эти долгосрочные инвестиции направлены на укрепление позиций России как лидера в сфере квантовых технологий.
В феврале 2024 года российские учёные представили 20-кубитный квантовый компьютер на ионах, а всего через полгода, опережая график, создали 50-кубитный аналог. Это событие стало важным этапом в развитии российских технологий, так как всего в шести странах мира, включая Россию, существуют квантовые компьютеры с 50 и более кубитами.
Алексей Лихачев, генеральный директор госкорпорации «Росатом», подчеркнул, что 50-кубитный компьютер свидетельствует о системном прогрессе в области квантовых технологий в стране. Лихачев также отметил, что Россия — одна из трёх стран, имеющих квантовые компьютеры на всех четырёх основных платформах: сверхпроводниках, ионах, нейтральных атомах и фотонах.
Это стало возможным благодаря совместной работе университетов и научных институтов, а также развитию отечественной экспертной базы и образовательных программ.
Один из разработчиков нового компьютера, Александр Борисенко, ведущий научный сотрудник Российского квантового центра, отметил, что изначально планировалось достичь 50 кубитов только к концу 2024 года, но специалисты сумели добиться этого результата к началу осени.
Это достижение является значительным прорывом, особенно в контексте того, что в других странах на такие разработки обычно уходит 10–15 лет, в то время как российские учёные справились за четыре года.
«Конечно, мы опирались на мировой опыт в этой области, однако мы предложили и множество оригинальных решений в ходе разработки. Например, мы используем кудиты для более плотного кодирования квантовой информации», — рассказал ученый Александр Борисенко «Газете.Ru». На данный момент самый мощный ионный квантовый компьютер в мире имеет 56 кубитов, и по мнению Борисенко, отставание России в количестве кубитов не столь велико.
«Мы нацелены на улучшение качества операций с этими кубитами, а не только на увеличение их числа», — добавил он. Весь мир стремится к достижению квантового превосходства, которое требует как высококачественных кубитов, так и их числа. Об одной из ключевых задач Борисенко упомянул необходимость снижения количества ошибок при работе ионных кубитов, после чего планируется увеличение их количества.
Увеличение мощности квантового компьютера позволит его использование в различных отраслях промышленности. На данный момент разрабатываются квантовые алгоритмы для атомной энергетики, финансов и нефтегазовой отрасли. Госкорпорация «Росатом» объявила о планах к 2030 году запустить производство промышленных квантовых компьютеров в России, чтобы создать конкурентоспособную квантовую индустрию.
Стратегическая цель — внедрить квантовые вычисления в приоритетные области экономики для стимулирования технологического прогресса. По словам Станислава Страупе, руководителя сектора квантовых вычислений Центра квантовых технологий МГУ, универсальный квантовый компьютер способен справляться с любыми задачами.
Квантовые вычисления открывают перспективные возможности в различных областях, особенно в задачах, где квантовое ускорение максимально. Одной из ключевых сфер применения таких технологий является физическое моделирование квантовых систем и квантовая химия. Это критично для точного вычисления энергии сложных систем, таких как молекулы с большим количеством частиц.
Специалист в области квантовых технологий, Станислав Страупе, указывает, что эффективные решения этих задач могут сыграть огромную роль в разработке новых материалов и лекарств.
Кроме того, на комбинаторную оптимизацию, включая такие важные задачи, как оптимизация логистических маршрутов в городской инфраструктуре, также стоит обратить внимание. Совершенствование таких процессов с использованием квантовых компьютеров может значительно изменить подход к организации бизнеса и управления ресурсами.
Руслан Юнусов, советник генерального директора госкорпорации «Росатом», подчеркнул, что квантовые технологии могут значительно улучшить качество жизни, позволяя быстрее и точнее диагностировать заболевания и разрабатывать новые терапевтические препараты.
С точки зрения будущего, квантовые компьютеры являются ключевым элементом технологического суверенитета, меняя облик экономики и промышленности, что даже сегодня кажется научной фантастикой. Однако с таким потенциалом возникнет и ряд угроз, особенно в области информационной безопасности, что требует продуманного подхода к внедрению этих технологий.
Существующие криптографические алгоритмы сейчас обеспечивают безопасный обмен информации, однако с развитием квантовых технологий злоумышленники могут начать их взламывать. Под «квантовой угрозой» понимается риск компрометации важной информации, такой как банковские операции или данные, хранящиеся в облачных сервисах.
В ответ на эти угрозы российские ученые и инженеры работают над постквантовой криптографией — новыми алгоритмами, которые смогут защитить информацию как от классических, так и от квантовых компьютеров.
С 2019 года разработка новых стандартов постквантовой криптографии велась в рамках Технического комитета ТК26 Росстандарта, активное участие в которой принимают сотрудники компании QApp и исследовательской группы «Криптонит». Доцент кафедры информационной безопасности ВМК МГУ, Иван Чижов, рассказал о первой российской постквантовой схеме электронной подписи под названием «Шиповник». Этот алгоритм уже реализован в программном исполнении и способен защищать электронную переписку от атак квантовых компьютеров, даже обладающих миллиардами кубитов.
«Шиповник» обеспечивает безопасность документов, предотвращая их недобросовестное использование. Одним из ключевых продуктов QApp является библиотека PQC SDK, которая содержит постквантовые алгоритмы и инструменты для их интеграции в информационные системы, тем самым упрощая процесс защиты данных.
Компания QApp представила новый постквантовый алгоритм цифровой подписи «Гиперикум», сопровождаемый открытой программной реализацией. По словам генерального директора QApp Антона Гугли, компания активно разрабатывает промежуточное и конечное квантово-устойчивое программное обеспечение, направленное на защиту данных от кибератак как в настоящем, так и в будущем.
Александр Приютов, директор по развитию бизнеса компании QRate, в интервью «Газете.Ru» подчеркнул, что интерес к квантовым технологиям в России продолжает расти. Это связано с тем, что информационная безопасность должна адаптироваться к новым вызовам, возникающим с развитием технологий. QRate, произошедшая из лаборатории Российского квантового центра, концентрируется на создании решений в области систем квантового распределения ключей.
С 2015 года компания активно разрабатывает и внедряет технологии квантового шифрования, обеспечивая защиту для крупнейших российских организаций. Основной акцент в разработках компании делается на использование фундаментальных законов физики для обеспечения безопасной передачи данных.
Осуществляются три ключевых направления: системы квантового распределения ключей (КРК), научно-образовательные комплексы для подготовки специалистов в области квантовых технологий, а также компонентная база КРК, которая востребована научными организациями.
QRate уже сегодня создает решения, способные противостоять новым типам атак на критическую инфраструктуру. Их комплексные аппаратно-программные решения, основанные на более чем тридцати патентах компании, помогут обеспечить необходимый уровень информационной безопасности.
Квантовые технологии в России открывают новые горизонты, которые ранее казались недоступными. Для будущего, где квантовые компьютеры смогут не только бороться с болезнями, но и создавать революционные материалы, нарастает уверенность в становлении новой технологической реальности.
