В Челябинске откроют лабораторию для создания квантового компьютера

24 Июля 2022 Автор: Евгений Аникиенко Фото: Людмила Ковалева
В Челябинске  откроют лабораторию для создания квантового компьютера


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».

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?

квантовый компьютер_Сергей Кулик_сайт ЮУрГУ.jpg
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.

Компьютер_Ковалева_164401216.jpg

— 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.

компьютер-Ковалева.JPG

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

18.08.2022 | 17:37
Какие задачи стоят перед системой образования

В этом году сферу образования ждет ряд изменений. Новые задачи, которые предстоит решать педагогам, обозначили на традиционном августовском Южно-Уральском педагогическом собрании. В этом году впервые сделан особый акцент на работе молодых специалистов. Мероприятие станет для них своего рода площадкой для повышения квалификации.

17.08.2022 | 10:43
Мама платит. Как маткапитал повлияет на рынок частных детских садов Южного Урала

Президент России Владимир Путин подписал закон, который расширяет направления расходования маткапитала. Чтобы повысить доступность дошкольного образования, теперь «мамины деньги» можно направить на оплату услуг частных детсадов, зарегистрированных как ИП.

Вчера | 21:48
На газификацию Южного Урала «Газпром» выделит более 700 млн рублей

Челябинская область и ПАО «Газпром» подписали программу развития газоснабжения и газификации до конца 2025 года.

Вчера | 17:03
На Южном Урале подешевели картофель, капуста и свинина

Из 14 социально значимых продуктов 10 показали снижение цен.

Новости   
Спецпроекты