В предстоящие пять лет правительство России вложит около 50 миллиардов рублей (790 миллионов долларов) в фундаментальные и прикладные квантовые исследования, проводимые ведущими российскими лабораториями. Об этом 6 декабря на технологическом форуме в Сочи объявил заместитель премьер-министра страны Максим Акимов. Это составная часть программы НИОКР на 258 миллиардов рублей в области цифровых технологий, которую Кремль считает чрезвычайно важной для модернизации и диверсификации российской экономики.
«Это реальное ускорение, — говорит квантовый физик Алексей Федоров, работающий в подмосковном Сколкове в Российском квантовом центре (РКЦ), который является негосударственной исследовательской организацией. — Если все получится так, как запланировано, эта инициатива станет важным шагом по выводу российской квантовой науки на уровень мировых стандартов».
В квантовых компьютерах для проведения вычислений используются элементарные частицы, которые могут одновременно существовать в разных квантовых состояниях. Квантовые биты кубиты теоретически могут обрабатывать информацию в разы быстрее, чем бинарные биты, которые используются в классических компьютерных вычислениях. Мощные квантовые компьютеры могут предсказывать результаты химических реакций, искать огромные базы данных и факторизовать большие числа типа тех, что используются в шифровании.
Квантовые преимущества
Квантовые технологии уже получают серьезную государственную поддержку в ряде стран. В 2016 году ЕС объявил о запуске программы «Флагман квантовых технологий» стоимостью один миллиард евро. Ожидается, что в ее рамках в ближайшие годы появятся демонстрационные технологические проекты, скажем, квантовый процессор на кремниевой микросхеме. В августе 2019 года о запуске национальной квантовой инициативы на 650 миллионов евро объявила Германия. Правительства Китая и США также тратят миллиарды на программы квантовых наук и технологий.
Началась гонка по созданию квантовых компьютеров, которые по своим характеристикам превзойдут классические машины в решении специфических задач. Опытные образцы, которые разработали «Гугл» и Ай-Би-Эм, чьи головные офисы находятся в Маунтин-Вью, штат Калифорния, и в Армонке, штат Нью-Йорк, приближаются к пределам классического компьютерного моделирования. В октябре ученые из «Гугл» объявили, что один квантовый процессор, проводящий специальные расчеты, достиг такого квантового преимущества.
России до этого далеко. «Мы отстаем на 5-10 лет, — говорит Федоров. — Но здесь есть большой потенциал, и мы пристально следим за тем, что происходит за рубежом». Слабое финансирование лишало российских ученых возможности конкурировать с «Гугл» в квантовой области, говорит инженер Илья Беседин, работающий в Национальном исследовательском технологическом университете в Москве.
Группа Беседина создала прототип квантового процессора на сверхпроводниках. Система состоит из двух кубитов. Квантовый компьютер «Гугл» работает на 53 кубитах. Россия отстает, но национальная квантовая инициатива запущена вовремя, говорит Беседин.
«Никто пока не смог приблизиться к тому, чтобы квантовый компьютер решал какую-либо практически полезную задачу эффективнее, чем классический, — говорит он. — Есть множество технических проблем, и все мы ищем новые способы исследований. При наличии серьезной государственной поддержки в России возникнут очень интересные возможности для проведения таких исследований».
Доморощенные кубиты
Эта инициатива объявлена в момент, когда Россия начинает оправляться после отъезда из страны ведущих ученых в 1990-е и 2000-е годы, которые покидали ее в поисках более высоких зарплат и финансирования для проведения исследований. Некоторые работающие за рубежом российские квантовые физики, в том числе, Михаил Лукин и Евгений Демлер из Гарвардского университета в Кембридже, вошли в состав Международного консультативного совета РКЦ. Другие, например, физик Алексей Устинов, занимающийся изучением конденсированных сред в Технологическом университете Карлсруэ в Германии, получили гранты от российского правительства на создание научно-исследовательских групп в России.
А российские ученые уже разрабатывают собственные концепции создания крупномасштабных квантовых компьютеров, говорит Устинов. «Российские лаборатории пока не в состоянии конкурировать с лабораториями таких гигантов как „Гугл", — рассказывает он. — Однако эта инициатива стала многообещающим началом для поднятия уровня квантовых исследований в России. Посмотрим, к чему это приведет».
Однако Петер Цоллер (Peter Zoller), занимающийся исследованиями в области квантовых компьютеров в Инсбрукском университете в Австрии, сомневается, что одной этой инициативы будет достаточно для привлечения талантливых молодых ученых к квантовым исследованиям и технологиям. Восстановить доверие к российской системе науки и возродить образовательную традицию страны будет труднее, чем объявить квантовую инициативу, отмечает он.
