Квантовый проект: курс на практику
Масштабные задачи в области квантовых технологий и ключевые преимущества атомной отрасли для их решения
Директор по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом» кандидат физико-математических наук Екатерина Солнцева рассказала «Вестнику атомпрома» о ключевых результатах и стратегических вызовах развития отечественной квантовой индустрии.
— Екатерина Борисовна, в 2024 году завершилась реализация первого этапа дорожной карты развития высокотехнологичной области «Квантовые вычисления», за осуществление которой отвечает госкорпорация «Росатом». Каких результатов удалось добиться?
—В День российской науки — 8 февраля 2025 года — в музее «АТОМ» на ВДНХ мы провели масштабную стратегическую сессию, посвященную отечественному квантовому проекту. Говоря о реализации дорожной карты «Квантовые вычисления» в 2020–2024 годах, генеральный директор «Росатома» Алексей Евгеньевич Лихачев назвал три ключевых итога.
В стране появилось квантовое сообщество. Все полученные в ходе реализации дорожной карты результаты — это совместная заслуга ученых, инженеров, управленцев, которых «Росатом» объединил для решения большой задачи государственного масштаба.
Квантовая тематика стала частью повестки страны. Это стало возможным благодаря решениям президента и правительства, усилиям Минцифры России и РАН, слаженной работе всех участников квантового проекта.
И главное, еще недавно Россия находилась вне квантовой борьбы, а сегодня мы достигли статуса страны, которая смогла вплотную приблизиться к «квантовым» лидерам.
Уже на первом Форуме будущих технологий в 2023 году были представлены яркие достижения отечественного квантового проекта. Тогда президенту России была впервые продемонстрирована работа 16-кубитного российского квантового вычислителя на ионной физической платформе.
На втором Форуме будущих технологий, в феврале 2024 года, президенту были представлены квантовые вычислители на атомах, на двух видах платформы на ионах (иттербия и кальция), а также на фотонах и сверхпроводниках.
Общий объем финансирования дорожной карты «Квантовые вычисления» на 2020–2024 годы составил 24 млрд рублей, из которых половина была вложена «Росатомом». Так что наша отрасль — не только организатор, но и ключевой соинвестор отечественного квантового проекта.
Накопленным итогом расходы на финансирование квантовых программ среди ведущих в этом направлении стран за последние восемь лет были существенно выше, нежели в России. Но «Росатому» удалось эффективно построить работу с учеными и партнерами квантового проекта, что позволило нашей стране быстро получить результаты, хорошо заметные на «квантовой» карте мира. Всего за несколько лет напряженной работы по реализации дорожной карты удалось совершить настоящий рывок.
Решительно удалось продвинуться в части мощности квантовых вычислителей. К моменту старта дорожной карты в нашей стране был достигнут уровень двухкубитных вычислительных операций. А уже в 2024 году объем наиболее мощного российского квантового компьютера, созданного на ионной платформе при поддержке «Росатома» учеными ФИАН им. П. Н. Лебедева РАН и Российского квантового центра, составил 50 кубитов — при объеме самого мощного зарубежного универсального квантового вычислителя на уровне 56 кубитов (также на ионах).
Таким образом, мы вошли в клуб из шести стран, в которых созданы квантовые вычислители объемом 50 кубитов и выше. Кроме того, сегодня Россия — в числе трех стран, которые имеют действующие квантовые вычислители на всех четырех основных физических платформах.
Результаты мирового уровня получены и по ряду других тематик. В частности, Россия вошла в тройку стран, показавших работу квантовых процессоров на основе кудитов — своего рода «расширенной версии» кубитов, что позволяет повысить эффективность вычислений.
— Судя по тому, какой интерес во всем мире вызывают квантовые технологии, принятые в России на государственном уровне решения по координации этого направления оказались крайне своевременными.
— Для того, чтобы оценить достигнутые результаты, важно учитывать глобальные масштабы «квантового вызова», научно-практический и, конечно же, исторический контекст.
Первые национальные программы развития квантовых технологий в ряде зарубежных стран стартовали в 2014–2017 годах. В мире начало формироваться новое направление глобального технологического соревнования, что потребовало адекватного ответа. Поэтому квантовая тематика была включена в число технологических приоритетов нашей страны.
В 2019 году состоялось подписание соглашений о намерениях между правительством РФ и крупнейшими организациями с государственным участием по развитию ключевых высокотехнологичных направлений. Одним из них как раз и стали квантовые вычисления, ответственность за развитие которых приняла на себя госкорпорация.
В 2020 году разработанная «Росатомом» дорожная карта была утверждена правительством. Государство поставило задачу организовать работу в стране так, чтобы сократить отставание в области квантовых вычислений от стран — технологических лидеров. И «Росатом» это сделал.
— Очевидно, что все эти достижения были бы невозможны без построения того, что принято называть экосистемой…
— Безусловно! Удалось создать основные элементы такой среды. Как следствие, сегодня над развитием квантовых технологий в России работают уже не отдельные энтузиасты, а сплоченные коллективы — всего более 1000 специалистов. Причем свыше 600 из них — ученые из более чем 15 ведущих вузов и научно-исследовательских центров страны. В том числе авторитетные в мировом масштабе исследователи и практики. Кстати, есть примеры возвращения ведущих ученых из-за рубежа. И это о многом говорит.
Передовые исследования требуют современного инструментария. Благодаря реализации дорожной карты отечественные команды, работающие над развитием квантовых вычислений, получили доступ к необходимой инфраструктуре, современному лабораторному оборудованию.
Образовательные мероприятия — еще одна наша постоянная вахта. Так, «Квантовый урок цифры» за три года охватил аудиторию численностью более 8,6 млн человек. В этом году мы продолжим эту работу: будем рассказывать о перспективах практически полезного использования квантовых технологий. Ведется большая работа с вузами. Ведь молодой российской квантовой отрасли нужен кадровый резерв.
— О квантовом компьютере часто говорят как о грядущей революции в области вычислений. Что изменится в нашей жизни, когда квантовые вычисления заменят классические компьютеры?
— Спасибо за вопрос! Дело в том, что вместе с нашими учеными в самых разных аудиториях мне часто приходится объяснять, почему квантовый компьютер — вовсе не замена компьютеров классических.
Традиционные вычислительные машины прекрасно справляются со множеством функций, ставших рутинными. Работа с таблицами и текстами, навигация по интернету, учетные задачи, управление станками, инженерная графика и компьютерные игры… Но c теми задачами (прежде всего оптимизационными, а также в сфере моделирования), которые как будто специально созданы для квантового компьютера и «ждут» его появления, классические вычислительные системы не справляются. И не справятся.
У квантовых вычислений есть своя уникальная ниша. Так что нас ждет не «битва» квантовых вычислителей с традиционными компьютерами, а их сотрудничество. Появятся гибридные системы, в которых квантовая составляющая возьмет на себя роль специализированного сопроцессора. А классический компьютер в такой паре будет распределять задачи по типам и брать на себя традиционные вычисления.
— Какие же задачи будет решать квантовый вычислитель? Можно ли привести пару примеров?
— В решении ряда задач (но, как мы только что обсудили, далеко не всех!) квантовые компьютеры будут в миллиарды раз быстрее классических. И это тот самый случай, когда количество перейдет в новое качество.
Никому не нужен абсолютно точный прогноз погоды на завтра, если классический суперкомпьютер выдаст результат только спустя месяцы. Опять-таки никому не интересно решение «задачи коммивояжера», если доставку товаров требуется осуществить за неделю, а идеальный маршрут привычный нам компьютер будет подбирать полгода. Другое дело — квантовый вычислитель, который способен будет выдать оптимальное решение практически мгновенно.
Еще один пример. До сих пор практически любое лекарство создается в логике «одно для всех». Но такая медицина неизбирательна. Увы, после пандемии мир не понаслышке знает о том, что такое побочные эффекты применения массовых вакцин. А теперь представьте себе, что на квантовом компьютере мы сможем создавать персонифицированные препараты для конкретного человека. Для конкретного организма с его уникальными особенностями. Это будет прорыв в сфере здравоохранения!
Нас ждет революция в материаловедении. Квантовому компьютеру потребуется всего день, чтобы рассчитать оптимальный состав будущего материала с заданными свойствами по неограниченному числу элементов. А классический суперкомпьютер потратит десятилетия (и огромное количество энергии!) на подбор состава перспективного материала, причем из ограниченного набора элементов.
Квантовые вычисления принесут изменения и в области кибербезопасности. По оценкам специалистов, криптографический алгоритм стандарта шифрования RSA с длиной ключа 2048 бит будет вскрыт квантовым вычислителем с 20 млн физических кубитов за 8 часов. А «неквантовый» компьютер будет работать над этой задачей… 1 млн лет.
Разрабатывая квантовые вычислители, мы открываем возможности для осуществления прорывов практически во всех сферах человеческой деятельности. Но для того чтобы это стало реальностью, требуется синергия квантовых и отраслевых компетенций.
— Представляется, что это как минимум часть ответа на следующий вопрос: почему именно «Росатом» в 2019 году был определен локомотивом развития квантовых вычислений в нашей стране.
— «Росатом» — одна из самых наукоемких корпораций в мире. Кроме того, при принятии государственных решений учитывались ключевые ценности «Росатома». И ответственность за результат, и умение быть на шаг впереди. Но есть еще один аргумент в пользу «Росатома». Широта индустриального ландшафта атомной отрасли — наше преимущество в квантовой гонке. Особенно если учесть, что зарождающаяся глобальная квантовая индустрия вступает в очень интересную фазу, когда теория начинает сходиться с практикой.
В США квантовые вычисления развивают в первую очередь частные ИТ-компании. Европа делает ставку на университеты и научно-исследовательские центры. Китай — на государственные лаборатории. Да, все эти игроки сотрудничают с партнерами в других отраслях. Но в «Росатоме» квантовые технологии и практические задачи в прямом смысле сосредоточены в одних руках.
Атомная отрасль — уникальный полигон для тестирования и внедрения квантовых технологий в практику. Это серьезная возможность. И мы просто обязаны ее использовать на благо корпорации и страны.
В прошлом году «Росатом» первым среди ведущих индустриальных компаний разработал программу внедрения квантовых вычислений. В том числе квантовых алгоритмов. Проекты по их апробации на модельных задачах во взаимодействии с дивизионами отрасли уже стартовали. А с 2026 года мы планируем постепенный переход от решения модельных задач к задачам практическим.
Активизируется и работа с рыночными индустриальными партнерами. В конце февраля 2025 года на Форуме будущих технологий «Росатом» представил инициативу по созданию специальной коммуникационной площадки. Надеемся, она поможет объединить вокруг проблематики практического использования квантовых вычислений широкий круг первых потенциальных заказчиков.
Для того чтобы успешно решать большие задачи, их необходимо правильно ставить. Формулировать. Этим мы и займемся в тесной кооперации с представителями самых разных рынков и индустрий. А в перспективе — с международными партнерами. Тем более что во многих дружественных странах растет запрос на системное сотрудничество с Россией в квантовой сфере.
— Из материалов состоявшейся в феврале стратегической сессии следует, что второй этап отечественного квантового проекта в существенной мере будет нацелен на овладение практикой применения этих прорывных технологий. Это так?
— Совершенно верно. Именно так перед нами поставил задачу глава «Росатома» Алексей Евгеньевич Лихачев: искать главное измерение — практическое применение квантовых технологий в нашей жизни. Таким образом, квантовая тема становится важной частью общеотраслевой повестки госкорпорации.
Одним из ключевых ожидаемых результатов к 2030 году станет применение российского квантового компьютера, конкурентоспособного на мировом рынке, в решении практических задач науки, экономики и госсектора. Интенсивный поиск индустриальных применений параллельно с созданием квантового компьютера позволит России одной из первых в мире начать внедрение квантовых вычислений в промышленности. А значит — получить новые возможности повышения эффективности ключевых отраслей экономики.
Надо сказать, что в ближайшем будущем значительную долю рынка квантовых вычислений будут формировать не продажи конечных физических устройств (которые пока «живут» в лабораторных условиях), а предоставление облачного доступа к ним. Работа по развитию таких сервисов уже идет.
И, наконец, в соответствии с нацпроектом «Экономика данных», начиная с 2026 года сфера ответственности «Росатома» в области квантовых технологий расширится: перед госкорпорацией поставлена задача развития еще одного высокотехнологичного направления — «Квантовые сенсоры».
— Все эти задачи требуют четкой координации как внутри отрасли, так и во взаимодействии с широким кругом партнеров по квантовой экосистеме. Как будет строиться система управления вторым этапом российского квантового проекта?
—Такая системаужеутвержденагенеральным директором госкорпорации. Алексей Евгеньевич Лихачев лично возглавил Комитет по квантовым технологиям. А я, как видите, сегодня впервые выступаю перед аудиторией «Вестника атомпрома» в новой должности — директора по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом». Пользуясь случаем, хочу поблагодарить отрасль за доверие!
В этой работе мне будет помогать новый департамент по квантовым технологиям, который учрежден в структуре госкорпорации. В числе его задач — координация квантового проекта, разработка стратегии развития квантовых и смежных технологий, привлечение дополнительного финансирования и формирование партнерств, способствующих становлению нового квантового бизнеса «Росатома».
Впереди большие, но очень интересные научно-практические задачи. Поэтому искренне приглашаю отраслевое сообщество к активному сотрудничеству в рамках развития стратегически важной для «Росатома» и страны темы — квантовых технологий!
— Екатерина Борисовна, большое спасибо за беседу и успехов в этой работе!
