Квантовый мост. Суперкомпьютерам готовят замену
Статьи

Квантовый мост. Суперкомпьютерам готовят замену

Прочитано: 498
Квантовый мост. Суперкомпьютерам готовят замену
Квантовые сети опутывают отечество. Государство и бизнес здесь заодно: все хотят считать быстрее, чтобы зарабатывать больше. В России начала реализовываться государственная программа по развитию квантовых сетей передачи данных. Это мировой тренд, призванный заменить существующие суперкомпьютеры, которые считались прорывной технологией еще пару лет назад, на квантовые аналоги. 

Назад к физике

Квантовая сеть представляет собой способ коммуникации, который позволяет защищать передаваемые данные с использованием фундаментальных законов квантовой механики. Данные в такой сети передаются очень быстро. Квантовые вычисления стали использоваться еще в 1980-е. 

Компания Google в 2019 году объявила о достижении так называемого квантового превосходства, продемонстрировав квантовый компьютер, справившийся с задачей, решение которой ранее считалось невозможным или требующим слишком большого количества времени. За 200 секунд была решена задача генерации случайных квантовых схем и перевода их в двоичный код с помощью массива из 54 кубит (кубит — квантовый разряд, или наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере). В компании утверждали, что «обычному» суперкомпьютеру потребовалось бы для этого около 10 тыс. лет. Правда, чуть позже специалисты IBM решили эту же задачу на классическом суперкомпьютере за 2,5 дня, но это всё равно гораздо дольше. 

В конце 2020 года в бой вступил Китай. Исследователи из Китайского университета науки и технологии заявили, что на квантовом компьютере «Цзючжань» удалось за 200 секунд решить задачу, на которую у классического суперкомпьютера ушло бы 2,5 млрд лет. Речь идет о задаче так называемого бозонного семплинга (boson sampling): ученые определили распределение квантово запутанных фотонов на выходе из сложной оптической системы.

Эксперты сходятся во мнении, что сегодня квантовые компьютеры являются единственной известной вычислительной технологией, которая может обеспечить экспоненциальное ускорение по сравнению с классическими суперкомпьютерами. Квантовые технологии активно развивают Китай ($12 млрд вложений), США ($2,5 млрд), Германия ($2,38 млрд). 

Квант на службе государства

В августе 2020 года правительство России утвердило дорожную карту по квантовым вычислениям, разработанную «Росатомом» и экспертами из Российского квантового центра. На реализацию программы до 2024 года предусмотрено 23,6 млрд рублей, в том числе 10,4 млрд рублей внебюджетного финансирования. 

В ноябре 2020 года «Росатом» объявил о запуске Национальной квантовой лаборатории. На территории Сколково будет построен центр нанофабрикации площадью 2 тыс. м2, а также лабораторный комплекс площадью более 3,5 тыс. м2. Закупленное оборудование будет использовано для открытия новых лабораторий и усовершенствования существующих лабораторных комплексов.

По словам заместителя министра цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ Максима Паршина, дорожная карта включает в себя более 120 мероприятий и проектов, которые должны быть реализованы до 2024 года. Это развитие технологий оптоволоконных, атмосферных и спутниковых квантовых коммуникаций, создание коммерческих квантовых сетей связи и разработка абонентских устройств, развитие квантового интернета вещей и т.д. Одна из важных целей дорожной карты — создание к 2024 году отечественного 100-кубитного квантового компьютера.

Россия будет работать с двумя технологиями создания квантовых компьютеров: на принципах сверхпроводимости в условиях сверхнизких температур и на принципах захвата атомов лазерными лучами. Отечественные игроки рынка сейчас размышляют над возможностью использования модели «вычисление как услуга» на основе облачных платформ. Ведутся разработки оптической системы для обучения нейронных сетей, робота для тонкой настройки квантовых компьютеров, оптических тактильных сенсоров, самообучающегося шагающего робота и т.д. 

Квантовые компьютеры хорошо подходят для нужд машинного обучения, поскольку манипулируют большими объёмами данных и способны моделировать нейронную сеть. Поэтому автопроизводители сегодня исследуют это направление, разрабатывая беспилотные автомобили. Также квантовые компьютеры незаменимы в случаях, когда нужно физическими методами описать или исследовать сложные системы, например биологические.

Дальняя дорога к кванту

Положения дорожной карты в 2020 году уже начал реализовывать один из главных ее участников — ОАО «РЖД». У РЖД на сегодняшний день в наличии более 75 тыс. км оптико-волоконных сетей, а теперь компания приступила к созданию магистральной квантовой сети Москва — Санкт-Петербург протяженностью около 800 км. В сентябре было разработано техническое задание для строительства, а в декабре — комплект рабочей документации. 

На днях Сбербанк и «Росатом» заявили о старте совместных разработок в сфере квартовых технологий. Сбербанк еще в 2017 году совместно с Российским квантовым центром запустил линию связи с квантовой защитой между двумя московскими офисами. Теперь банк, судя по всему, собрался выйти на более серьезный уровень.

К концу 2021 года Центр квантовых технологий МГУ закончит строительство линии защищённой квантовой телефонии, которая свяжет между собой 20 абонентских пунктов на территории Московского университета. Максимальное расстояние между объектами — 50 км. 

«Перед тем как квантовое шифрование станет привычной частью защищенных бизнес-коммуникаций, необходимо тщательно протестировать все возможные варианты работы таких систем. Проект, который мы начали, дополняет и развивает эксперименты и разработки в области квантовых коммуникаций по волоконно-оптическим сетям, которые ранее проводили и мы, и другие компании, работающие в данной области», — отметил научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ профессор Сергей Кулик.

Шифрование на высшем уровне

Потребителями услуг на рынке квантовых коммуникаций являются в первую очередь телекоммуникационные операторы, органы государственной власти, финансовые учреждения, организации здравоохранения, операторы критической инфраструктуры. Все они на первое место ставят вопрос защищенности данных. 

В сети МГУ конфиденциальность переговоров основана на стойком симметричном шифровании сетевого трафика между абонентами с использованием протокола квантового распределения ключей. В свою очередь, стойкость данного протокола основана на фундаментальном принципе квантовой физики — невозможности измерения фотона без изменения его состояния. Это значит, поясняют в МГУ, что, если злоумышленник попытается перехватить фотоны, из которых впоследствии должен сформироваться квантовый ключ, их изначально приготовленные состояния изменятся. Протокол обнаружит данные изменения и не станет использовать такие фотоны для формирования секретного квантового ключа.

Также одним из преимуществ «квантового» телефона является возможность шифровать голосовой трафик и текстовые сообщения пользователей на ключах, не известных даже администратору сети.

Перспективы 

«Квантовые технологии выглядят многообещающе, — считает исполнительный директор — начальник отдела Центр робототехники Сбербанка Святослав Морошкин. — С учётом физических ограничений, которые присуще классическим чипам, квантовые технологии могут дать их обладателям прорывное преимущество в кибербезопасности, финансовых технологиях и технологиях искусственного интеллекта». По мнению Святослава Морошкина, для робототехники квантовые технологии могут обеспечить беспрецедентный уровень безопасности каналов передачи данных, а также могут быть применены в вычислительных задачах, которые невозможно реализовать классическим способом.

По мнению главы РЖД Олега Белозерова, в первую очередь нужно выработать специальную квантовую платформу, которая «дала бы взрывной рост технологии и возможность всем участникам монетизировать получаемые от нее эффекты». 

технологии инновации
Другие статьи автора Читайте также по теме
В торговых сетях начинают появляться «человекодроиды». Ретейлеры тестируют экзоскелеты на своих сотрудниках. Так, например, «Магнит» объявил о тестировании в своем распределительном центре в Коломне экзоскелетов для персонала, переносящего грузы. В перспективах новой технологии разбирался "Новый проспект".
Виртуальная реальность выходит на новый уровень. IT-компании создают метавселенные, которые могут заменить настоящую экономику. «Новый проспект» разбирался, кому это выгодно.
На улицах Японии в ближайшие годы появится автоматическая зарядка гаджетов на расстоянии при помощи 5G-вышек. В России пока придется довольствоваться «ручными» зарядными устройствами. В особенностях новой технологии и причинах нашего технологического отставания разбирался «Новый проспект».

Дмитрий Песков: "Нагрузка на систему здравоохранения из-за "омикрона" может быть ниже, чем в случае с другими штаммами"
12.01.2022
"Последние звенья были разорваны". В Петербурге коммуниста судят за цитирование Сартра
12.01.2022
Спрос на частное домостроение в Петербурге и Ленобласти в 2021 году вырос на 104%
12.01.2022
«Фонтанка»: "Эпидемиологи предлагают двухнедельный локдаун"
12.01.2022
В Брюсселе начал работу Совет Россия — НАТО. Заседание продлится около трех часов
12.01.2022
Достойная пенсия в Москве — 48 тыс. руб. в месяц, в Санкт-Петербурге — 47, в Хабаровске — 45
12.01.2022
Аэропорт Алматы сообщил о возобновлении работы с 13 января
12.01.2022
"Полис Групп" получила более 22 млрд рублей проектного финансирования на строительство жилья
12.01.2022
В Петербурге открылся частный ковидный стационар, стоимостью 2 млрд рублей
12.01.2022
Лесная отрасль испытывает острый дефицит кадров. Количество вакансий выросло на 154%
12.01.2022
За прошлый год инвесторы вложили в недвижимость Петербурга $2,1 млрд
11.01.2022
Ревакцинированных "Спутником Лайт" россиян Кипр примет без дополнительных тестов на ковид
11.01.2022
В Ленобласти может появиться еще один город - на базе деревни Колтуши
11.01.2022
Уже семь российских банков подняли ставки по ипотеке выше 10%
11.01.2022
За минувший год Россия вдвое увеличила производство красной икры
11.01.2022
Apple весной представит новый бюджетный iPhone SE
11.01.2022
Антиваксеры атаковали сеть "Улыбка радуги" в Петербурге
11.01.2022
Россия двинула танки. На границе с Украиной начались военные учения
11.01.2022
В совет директоров VK вошли представители "Газпром-медиа" и "СОГАЗа"
11.01.2022
Водэн
VEREN
RBI
Строительный трест
InveStoreClub
РосСтройИнвест
РКС
Решение
Прайм Эдвайс
Питер
Петрополь
Петромир
Pen&Paper
Neva Coffee
Первая мебельная
Пепелаев
RRT
Colliers
Ильюшихин
Илоранта
Календарь событий

Метки