В Челябинске откроют лабораторию для создания квантового компьютера
24 Июля 2022
Фото: Людмила Ковалева
Южно-Уральский госуниверситет победил в престижном конкурсе и получил мегагрант от правительства РФ в 90 млн рублей на проект «Инженерия состояний света для квантовых вычислений и сенсорики».
-
Челябинские ученые получили 90 млн рублей на создание квантового компьютера.
-
Челябинские ученые придумали, как фотон поможет в создании квантового компьютера
Ученые поставили перед собой амбициозную цель — приблизить мечту о создании сверхмощного квантового суперкомпьютера завтрашнего дня! Для продвижения проекта ЮУрГУ вместе с центром квантовых технологий МГУ создали научно-образовательный консорциум, который дает нашим студентам уникальную возможность пройти стажировки в главном университете страны.
На средства мегагранта в Челябинске создадут уникальную экспериментальную лабораторию мирового уровня «Квантовая инженерия света». Со стороны ЮУрГУ лабораторию курирует профессор кафедры физики наноразмерных систем, доктор физико-математических наук Сергей Подошведов. А ее руководителем будет ведущий физик страны, профессор кафедры квантовой электроники МГУ имени М.В. Ломоносова, доктор физико-математических наук Сергей Кулик. Ученый рассказал читателям «Южноуральской панорамы» об этом прорывном проекте.
Суперкомпьютер «в проекте»
— Какова цель ваших исследований, на что будут потрачены средства мегагранта?
Фото: сайт ЮУрГУ
— В этом году на конкурс поступило 293 заявки из 49 регионов России, из них 58 от научных и 235 от образовательных организаций. Это очень престижный мегагрант, он целиком посвящен квантовым технологиям. Я связываю большие надежды с внедрением этих технологий на Южном Урале. Наш проект нацелен на построение элементов квантового компьютера, гораздо более мощного, чем современные суперкомпьютеры. Приложениями квантовых алгоритмов занимаются мировые IT-гиганты. Основные направления мировых разработок в области квантовой связи — это волоконно-оптические линии и атмосферно-космические каналы связи. Эти прорывные технологии имеют неоспоримое преимущество по сравнению с существующими, потому что полностью исключают возможность утечки информации.
— Что собой представляет квантовый компьютер и почему такое внимание уделяется его созданию?
— Сегодня квантовый компьютер — это только идея. Он сможет работать на порядок быстрее традиционных компьютеров. Такая супер-ЭВМ будет обрабатывать информацию гораздо быстрее существующих. Это уже подтверждено лабораторно, правда, пока на уровне микромира.
Квантовые технологии — это перспективные направления исследований, результаты которых можно применить во многих областях: в медицине и навигации, в том числе космической, ядерной отрасли и геологоразведке. Ускорение вычислений выведет на новый уровень и фундаментальную науку, решение линейных уравнений.
Три главных направления квантовых технологий — это квантовые вычисления, связь и сенсорика, и по каждому из них создание квантового компьютера откроет почти фантастические возможности.
Симулировали «квантовый скачок»
— И все-таки что уже сделано для создания квантового компьютера?
— Своего рода прообразы квантового компьютера уже появились в Канаде (D-Wave), России, ряде других стран, но до создания полноценной супер-ЭВМ еще далеко, думаю, на это уйдет от 7 до 10 лет.
МГУ — один из мировых лидеров этих исследований. Для создания квантового компьютера мы используем две физические платформы. Одна из них — на основе нейтральных атомов рубидия 87. При этом атомы образуют своего рода регистр, при помощи которого можно управлять их квантовым состоянием. Другая — на основе фотонных чипов, которые можно представить себе как набор фотонных волноводов. Свет проходит через световоды специального аппарата — интерферометра, и с помощью счетчика фотонов делают нужные измерения.
— Есть ли первые практические результаты?
— Наши исследования уже приносят реальные плоды. Так, В МГУ уже работает так называемый квантовый симулятор, который имитирует эти необычные состояния вещества. Но это пока лишь первый шаг к созданию квантового компьютера.
Добавлю, что российские ученые для этого применяют еще две платформы: в Физическом институте им. П.И. Лебедева — на основе ионов, а в МИСИС и Институте физики твердого тела (Черноголовка) — с помощью сверхпроводящих цепей. Уверен, что и наше сотрудничество с ЮУрГУ принесет немало открытий.
Связь завтрашнего дня
— По мнению ученых, квантовые технологии могут сделать революцию и в такой важной сфере, как связь…
— Особо можно выделить так называемую криптографию — создание безопасных, защищенных от хакерских атак систем связи, что особенно важно в условиях санкционного давления Запада и участившихся попыток взлома секретной информации. И в МГУ в прошлом году уже запущена университетская квантовая сеть, одна из первых в России. Она работает на основе оборудования, серийно выпускаемого нашим индустриальным партнером — компанией «ИнфоТеКС». Подобную сеть мы планируем разработать и для ЮУрГУ.
Наше ноу-хау позволяет организовать защищенную сеть передачи данных между теми ее узлами, которые не соединены оптическим волокном. Это очень востребовано, к примеру, на южноуральских предприятиях, для связи между вузовскими зданиями и в других структурах, расположенных в удаленных корпусах. А в будущем планируем протестировать уникальное оборудование и на движущемся автомобиле, создав защищенную передачу данных между несколькими мобильными объектами. Тем самым технология беспроводной квантово-защищенной связи на базе разработанной аппаратуры позволит намного расширить границы сети, подключить к ней новые точки.
— А есть в России аналоги таких систем?
— Их уже создают и ученые других университетов. Так, в прошлом году был запущен разработанный в университете ИТМО пилотный участок магистральной квантовой сети Москва — Санкт-Петербург. Это, можно сказать, пробный камень квантовой коммуникационной платформы (ККП) цифровой экономики, разрабатываемой сотрудниками Национального центра квантового интернета ИТМО. Магистральная квантовая сеть протяженностью около 700 км — самая крупная в Европе и вторая по величине в мире. Она создана на базе оригинальных отечественных решений. Новая инфраструктура позволяет с высочайшим уровнем защищенности передавать большие массивы данных. Сохранность информации гарантируется на уровне принципов квантовой физики.
Квантовый «глаз» робота
— Квантовые технологии могут сделать переворот и в сенсорной технике, наделить роботов более чувствительными «глазами».
— Без сомнения, так и будет. Создание квантовых сенсоров, своего рода «органов чувств» роботов, сегодня в центре внимания научного сообщества. На эту тему я выступал в прошлом году на заседании президиума Российской академии наук. Квантовые «глаза»-сенсоры — это высокоточные инструменты, основанные на таких сверхчутких системах. По расчетам, по чувствительности они будут намного превышать обычные классические аналоги. Новые, более чуткие сенсоры могут найти применение в геологоразведке, медицине, навигации, логистике и транспорте. При их построении мы предлагаем использовать особые специфические свойства квантовых состояний.
— Но ваш многопрофильный проект — это не только наука?..
— Это так. Он имеет три составляющие. Первая — научная, которая включает переход от фундаментальных исследований к прикладным результатам, полезным для индустрии. Вторая — образовательная, благодаря которой будут открыты новые учебные программы. Третья — инфраструктурная, в рамках которой и будет создана первая на Урале лаборатория квантовых технологий.
Большая часть средств мегагранта будет потрачена на закупку оборудования, качество которого имеет решающее влияние на результаты выполняемых экспериментов. В коллектив лаборатории уже приняты молодые ученые, аспиранты и студенты университета, которые вместе со своими наставниками в науке будут проводить эти прорывные исследования, раскрывать новые тайны мироздания.
На средства мегагранта в Челябинске создадут уникальную экспериментальную лабораторию мирового уровня «Квантовая инженерия света». Со стороны ЮУрГУ лабораторию курирует профессор кафедры физики наноразмерных систем, доктор физико-математических наук Сергей Подошведов. А ее руководителем будет ведущий физик страны, профессор кафедры квантовой электроники МГУ имени М.В. Ломоносова, доктор физико-математических наук Сергей Кулик. Ученый рассказал читателям «Южноуральской панорамы» об этом прорывном проекте.
Суперкомпьютер «в проекте»
— Какова цель ваших исследований, на что будут потрачены средства мегагранта?
Фото: сайт ЮУрГУ
— В этом году на конкурс поступило 293 заявки из 49 регионов России, из них 58 от научных и 235 от образовательных организаций. Это очень престижный мегагрант, он целиком посвящен квантовым технологиям. Я связываю большие надежды с внедрением этих технологий на Южном Урале. Наш проект нацелен на построение элементов квантового компьютера, гораздо более мощного, чем современные суперкомпьютеры. Приложениями квантовых алгоритмов занимаются мировые IT-гиганты. Основные направления мировых разработок в области квантовой связи — это волоконно-оптические линии и атмосферно-космические каналы связи. Эти прорывные технологии имеют неоспоримое преимущество по сравнению с существующими, потому что полностью исключают возможность утечки информации.
— Что собой представляет квантовый компьютер и почему такое внимание уделяется его созданию?
— Сегодня квантовый компьютер — это только идея. Он сможет работать на порядок быстрее традиционных компьютеров. Такая супер-ЭВМ будет обрабатывать информацию гораздо быстрее существующих. Это уже подтверждено лабораторно, правда, пока на уровне микромира.
Квантовые технологии — это перспективные направления исследований, результаты которых можно применить во многих областях: в медицине и навигации, в том числе космической, ядерной отрасли и геологоразведке. Ускорение вычислений выведет на новый уровень и фундаментальную науку, решение линейных уравнений.
Три главных направления квантовых технологий — это квантовые вычисления, связь и сенсорика, и по каждому из них создание квантового компьютера откроет почти фантастические возможности.
Симулировали «квантовый скачок»
— И все-таки что уже сделано для создания квантового компьютера?
— Своего рода прообразы квантового компьютера уже появились в Канаде (D-Wave), России, ряде других стран, но до создания полноценной супер-ЭВМ еще далеко, думаю, на это уйдет от 7 до 10 лет.
МГУ — один из мировых лидеров этих исследований. Для создания квантового компьютера мы используем две физические платформы. Одна из них — на основе нейтральных атомов рубидия 87. При этом атомы образуют своего рода регистр, при помощи которого можно управлять их квантовым состоянием. Другая — на основе фотонных чипов, которые можно представить себе как набор фотонных волноводов. Свет проходит через световоды специального аппарата — интерферометра, и с помощью счетчика фотонов делают нужные измерения.
— Есть ли первые практические результаты?
— Наши исследования уже приносят реальные плоды. Так, В МГУ уже работает так называемый квантовый симулятор, который имитирует эти необычные состояния вещества. Но это пока лишь первый шаг к созданию квантового компьютера.
Добавлю, что российские ученые для этого применяют еще две платформы: в Физическом институте им. П.И. Лебедева — на основе ионов, а в МИСИС и Институте физики твердого тела (Черноголовка) — с помощью сверхпроводящих цепей. Уверен, что и наше сотрудничество с ЮУрГУ принесет немало открытий.
Связь завтрашнего дня
— По мнению ученых, квантовые технологии могут сделать революцию и в такой важной сфере, как связь…
— Особо можно выделить так называемую криптографию — создание безопасных, защищенных от хакерских атак систем связи, что особенно важно в условиях санкционного давления Запада и участившихся попыток взлома секретной информации. И в МГУ в прошлом году уже запущена университетская квантовая сеть, одна из первых в России. Она работает на основе оборудования, серийно выпускаемого нашим индустриальным партнером — компанией «ИнфоТеКС». Подобную сеть мы планируем разработать и для ЮУрГУ.
Наше ноу-хау позволяет организовать защищенную сеть передачи данных между теми ее узлами, которые не соединены оптическим волокном. Это очень востребовано, к примеру, на южноуральских предприятиях, для связи между вузовскими зданиями и в других структурах, расположенных в удаленных корпусах. А в будущем планируем протестировать уникальное оборудование и на движущемся автомобиле, создав защищенную передачу данных между несколькими мобильными объектами. Тем самым технология беспроводной квантово-защищенной связи на базе разработанной аппаратуры позволит намного расширить границы сети, подключить к ней новые точки.
— А есть в России аналоги таких систем?
— Их уже создают и ученые других университетов. Так, в прошлом году был запущен разработанный в университете ИТМО пилотный участок магистральной квантовой сети Москва — Санкт-Петербург. Это, можно сказать, пробный камень квантовой коммуникационной платформы (ККП) цифровой экономики, разрабатываемой сотрудниками Национального центра квантового интернета ИТМО. Магистральная квантовая сеть протяженностью около 700 км — самая крупная в Европе и вторая по величине в мире. Она создана на базе оригинальных отечественных решений. Новая инфраструктура позволяет с высочайшим уровнем защищенности передавать большие массивы данных. Сохранность информации гарантируется на уровне принципов квантовой физики.
Квантовый «глаз» робота
— Квантовые технологии могут сделать переворот и в сенсорной технике, наделить роботов более чувствительными «глазами».
— Без сомнения, так и будет. Создание квантовых сенсоров, своего рода «органов чувств» роботов, сегодня в центре внимания научного сообщества. На эту тему я выступал в прошлом году на заседании президиума Российской академии наук. Квантовые «глаза»-сенсоры — это высокоточные инструменты, основанные на таких сверхчутких системах. По расчетам, по чувствительности они будут намного превышать обычные классические аналоги. Новые, более чуткие сенсоры могут найти применение в геологоразведке, медицине, навигации, логистике и транспорте. При их построении мы предлагаем использовать особые специфические свойства квантовых состояний.
— Но ваш многопрофильный проект — это не только наука?..
— Это так. Он имеет три составляющие. Первая — научная, которая включает переход от фундаментальных исследований к прикладным результатам, полезным для индустрии. Вторая — образовательная, благодаря которой будут открыты новые учебные программы. Третья — инфраструктурная, в рамках которой и будет создана первая на Урале лаборатория квантовых технологий.
Большая часть средств мегагранта будет потрачена на закупку оборудования, качество которого имеет решающее влияние на результаты выполняемых экспериментов. В коллектив лаборатории уже приняты молодые ученые, аспиранты и студенты университета, которые вместе со своими наставниками в науке будут проводить эти прорывные исследования, раскрывать новые тайны мироздания.
Поделиться
