Квантовые компьютеры и сети в России

Основная статья: Квантовые компьютеры и квантовая связь

Российский квантовый центр (РКЦ)

Основная статья: Российский квантовый центр (РКЦ, Russian Quantum Center, RQC)

Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики

Основная статья: Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики

Квантовые технологии "Росатома"

Основная статья: Квантовые технологии Росатома

Квантовые технологии в РЖД

Основная статья: Квантовые технологии в РЖД

2024

Как в России уже применяют квантовые вычисления - TA мнения

Квантовые вычисления — это одно из ключевых направлений технологического развития России, поддерживаемое в рамках государственной программы «Цифровая экономика» и дорожной карты «Квантовые вычисления». Срок действия документа истекает в конце 2024 года, и в дальнейшем квантовые технологии будут развиваться в рамках нового нацпроекта «Экономика данных и цифровая трансформация государства». О достижениях России в сфере квантовых вычислений TAdviser в ноябре 2024 года поговорил с главными участниками этого рынка.

Директор Института физики и квантовой инженерии Университета МИСИС, сооснователь проекта «КуБорд» Алексей Федоров говорит, что основным результатом реализации дорожной карты по квантовым вычислениями стало создание 50-кубитного квантового компьютера на базе ионов Российским квантовым центром и ФИАН им. П.Н. Лебедева. Кроме того, к концу 2024 года проводятся различные пилотные проекты по внедрению квантовых вычислений на базе Российского квантового центра и компании «КуБорд», рассказал Федоров.

Для реализации квантовых вычислений есть четыре основных платформы: сверхпроводники, ионы, нейтральные атомы и фотоны. Россия уже освоила всех их

По его словам, квантовые разработки уже сейчас полезны в научно-образовательной деятельности: технологии помогают проводить исследования и обучать студентов. Также пользу приносят пилотные проекты, которые делаются с целью выявить потенциал от внедрения квантовых вычислений.

Такие проекты мы делали для атомной отрасли, медицины, телекоммуникаций, нефтегазовой сферы, производственных компаний и т.д. При этом одна из «промежуточных» побед может быть во внедрении так называемых квантово-вдохновленных алгоритмов, которые эмулируют поведение квантовых объектов на классических компьютерах и могут показывать возможности для более эффективного решения задач, скажем, из области оптимизации, — отметил Федоров.

В «Росатоме» подчеркнули, что универсальный квантовый вычислитель на ионной платформе с 50 кубитами к ноябрю 2024 года является самым мощным квантовым компьютером в России. Доступ к нему осуществляется через облачную платформу, с помощью которой могут быть запущены базовые квантовые алгоритмы. В госкорпорации добавили, что до конца 2024 года могут быть созданы три (или даже больше) различных квантовых компьютера мощностью 50 кубитов. Подробнее о квантовых разработках «Росатома» рассказывается в этой статье.Дмитрий Бородачев, DатаРу Облако: Наше преимущество — мультивендорная модель предоставления облачных услуг

Руководитель отдела исследований «Рексофт Консалтинг» Сергей Сурков перечислил несколько примеров применения квантовых технологий в РФ. По словам эксперта, Genotek использует квантовые вычисления для сборки генома — метода восстановления последовательности структуры ДНК на основе коротких фрагментов генетической информации, полученных при секвенировании генома. «РН-БашНИПИнефть» оптимизировала с помощью квантовых вычислений маршруты ремонтных бригад, а Газпромбанк один из первых среди финансовых организаций провел тестирование средств квантовой криптографии для защиты каналов связи между ЦОДами, рассказал Сурков.

Как сообщил Максим Острась, генеральный директор Российского квантового центра, руководитель проекта Российского квантового центра по применению квантовых сенсоров в медицине, руководитель QLU, к концу 2024 года основные работы в этом направлении нацелены на исследование потенциальных приложений квантовых вычислений в различных сферах, включая работу с большими данными и оптимизацию, что позволит в ближайшем будущем реализовывать более сложные модели и находить скрытые паттерны в больших массивах информации.

В ближайшем будущем пользу будут приносить программно-аппаратные платформы для решения задач оптимизации, планирования, предиктивной и предписывающей аналитики для принятия оптимальных решений, которые на текущем этапе будут использовать гибридные (квантово-классические) и квантово-вдохновленные алгоритмы и решения, запускаемые сегодня (в том числе в режиме эмуляции) на классических компьютерах (CPU,GPU, FPGA), считает директор по развитию бизнеса ООО «СП «Квант» («Росатом - Квантовые технологии») Ярослав Борисов.

Как рассказала TAdviser директор дизайн-центра квантового проектирования Университета МИСИС Наталия Малеева, Россия входит в тройку стран, которые уже создали квантовые процессоры на основе всех четырех главных платформ: сверхпроводники, ионы, нейтральные атомы и фотоны. По словам Малеевой, квантовые вычисления к ноябрю 2024 года можно запускать на российских процессорах, первые квантовые алгоритмы уже реализовываются на ионном и сверхпроводниковом квантовых процессорах.

В 2024 году специалисты МИСИС на сверхпроводниковом процессоре выполнили первый алгоритм в интересах индустриального партнера (название компании в вузе не раскрывают), что, как подчеркнула Наталия Малеева, является очень важным этапом перехода квантовых технологий из научных лабораторий в индустрию.

Кроме того, и на ионной, и на сверхпроводниковой платформе в 2024 году были успешно реализованы и первые алгоритмы квантового машинного обучения. Реализованные таким образом гибридные квантово-классические нейронные сети показали, в частности, что гибридная нейросеть более устойчива к шумным входным данным, по сравнению с классической, что может быть очень полезно при анализе данных плохого качества, сообщила директор дизайн-центра квантового проектирования Университета МИСИС.

Заведующий сектором квантовых вычислений НИО «Квантовый центр» МТУСИ Евгений Бурлаков сообщил о нескольких квантовых проектах, которые уже находят практическое применение в бизнесе. Так, Российский квантовый центр предоставляет облачные сервисы, которые позволяют компаниям тестировать квантовые алгоритмы для оптимизации логистики и анализа данных. Эти сервисы работают на симуляторах квантовых компьютеров, которые имитируют поведение реальных квантовых систем, а также на экспериментальных квантовых устройствах, разработанных в рамках национальных проектов.

По данным Бурлакова, Сбербанк активно использует квантовые технологии для прогнозирования финансовых рисков и клиентской аналитики, применяя доступные в облаке квантовые процессоры. Благодаря платформе SberCloud компании могут запускать квантовые вычисления удаленно: доступ предоставляется через облачные интерфейсы, что устраняет необходимость в приобретении дорогостоящего оборудования и создании собственной технической инфраструктуры.

Бурлаков рассказал, что облачные квантовые платформы также используются для решения специфических задач, таких как моделирование химических процессов, что особенно востребовано в фармацевтике и энергетике. Эти платформы работают на гибридных архитектурах, где квантовые процессоры дополняются классическими вычислительными мощностями для предварительной обработки данных. Кроме того, квантовые алгоритмы уже находят применение в задачах машинного обучения, анализа больших данных и комбинаторной оптимизации. Подобные технологии активно внедряются в таких отраслях, как логистика, управление производственными процессами и энергетика, позволяя компаниям достигать высокой точности расчетов и значительной экономии ресурсов.

Руководитель Учебно-научного центра «Квантовый инжиниринг» НИЯУ МИФИ Яна Ляхова сообщила, что в РФ успешно применяются на практике квантово-вдохновлённые алгоритмы — это классические вычислительные алгоритмы, созданные с заимствованием идей из квантовой физики. В частности, такие разработки используются для оптимизации инвестиционного портфеля, поиска лучших логистических цепочек и оптимизация ряда производственных процессов. В разных кейсах выигрыш от применения таких алгоритмов составляет от нескольких единиц до десятка процентов, добавила она.

Старший научный сотрудник Центра квантовых технологий физического факультета МГУ Станислав Страупе отмечает, что существующие к концу 2024 года квантовые устройства в России и в мире ещё недостаточно совершенны, чтобы превзойти обычные вычислительные системы в практических задачах. Здесь требуется работать как над улучшением «железа» (больше кубитов, выше точность логических операций, коррекция ошибок и т.д.,) так и над развитием алгоритмов с более щадящими требованиями к оборудованию, считает эксперт.

К концу ноября 2024 года нацпроект «Экономика данных» еще не утвержден, и запланированные расходы на направлению квантовых вычислений неизвестны. Евгений Бурлаков из МТУСИ сообщил, что финансирование квантовых проектов в России до конца 2024 года превысит 24 млрд рублей, включая государственные и внебюджетные средства. Эти инвестиции направлены не только на разработку квантовых процессоров, но и на создание программного обеспечения и симуляторов, уточнил он.

«Газпром трансгаз Томск» начал применять квантовые коммуникации

10 октября 2024 года ООО «Газпром трансгаз Томск» подписало соглашение о долгосрочном сотрудничестве с компанией QRate (ООО «КуРэйт») в сфере разработки и применения инновационной продукции в области квантовых коммуникаций. Церемония подписания состоялась в Санкт-Петербурге. Подробнее здесь

Ученые создали 50-кубитный ионный квантовый компьютер

Российские ученые при поддержке Росатома создали 50-кубитный ионный квантовый компьютер. Об этом Росатом сообщил 26 сентября 2024 года. Подробнее здесь.

В МГТУ им. Н.Э.Баумана построен «Квантум парк» для развития квантовых технологий

В конце августа 2024 года стало известно о том, что в МГТУ им. Н.Э. Баумана о завершении строительство «Квантум парка», предназначенного для развития квантовых технологий. Этот объект стал ключевой частью нового научного кампуса вуза. Подробнее здесь.

На развитие квантовых технологий в России государство потратило 24,1 млрд рублей в 2020-2024 гг

Государственные вложения в развитие квантовых технологий в России в период с 2020 по 2024 годы составили ₽24,1 млрд. Об этом стало известно в конце августа 2024 года из исследования, подготовленного компанией «Рексофт Консалтинг».

Указанные средства направлены на реализацию амбициозной программы по развитию квантовых вычислений, координируемой госкорпорацией «Росатом» в рамках федерального проекта «Цифровые технологии» нацпрограммы «Цифровая экономика». За этот период правительство ежегодно выделяло порядка ₽4,8 млрд для создания условий, необходимых для формирования рынка квантовых вычислений.

В рамках этой программы были задействованы государственные учреждения, такие как Минкомсвязи, Минэкономразвития и Минобрнауки, а также крупные коммерческие организации, включая Газпромбанк и Сбербанк. Научную базу для развития квантовых технологий в России формируют ведущие исследовательские центры, среди которых Российский квантовый центр, Центр квантовых технологий МГУ и НИТУ МИСиС.

К августу 2024 года в России разработаны и функционируют квантовые машины с различными архитектурами. В их числе 16-кубитные системы на основе ионных ловушек и нейтральных атомов, 8-кубитный сверхпроводниковый процессор, а также 4-кубитный компьютер, построенный на фотонных чипах. Однако количество кубитов в российских процессорах пока остается ограниченным, что делает их пригодными лишь для проведения экспериментальных вычислений. Полномасштабные промышленные квантовые компьютеры в России ожидаются не ранее 2028–2030 годов.

По словам аналитиков компании «Рексофт Консалтинг», рынок квантовых вычислений в России находится на ранних этапах своего становления. Количество компаний, формирующих спрос на эти технологии, невелико, что затрудняет определение реальных объемов рынка. Однако главные инвестиции поступают именно от государства, что создает необходимые условия для будущего роста этой высокотехнологичной области.

Ученые повысили эффективность симуляции зашумленных квантовых цепочек с помощью классических компьютеров

Исследователи Университета МИСИС, Российского квантового центра (РКЦ), Московского физико-технического института (МФТИ) и Математического института им. В.А. Стеклова выяснили как повысить эффективность симуляции квантовых вычислений на классических компьютерах в условиях шумов. Об этом МИСИС сообщил 2 августа 2024 года.

Для решения этой задачи ученые рассмотрели так называемое квази-вероятностное представление квантовой механики, в котором поведение квантовых объектов может быть описано с использованием "отрицательных вероятностей" (квази-вероятностей).

В рамках квази-вероятностного представления возможность появления отрицательных вероятностей является единственным отличием квантовых систем от стохастических классических систем. Чем больше отрицательных элементов в квази-вероятностном описании реализации квантового алгоритма, т.е. чем больше его негативность – тем, в свою очередь, сложение просимулировать этот алгоритм на классическом компьютере.

Благодаря данной разработанной технике подбора наиболее подходящего "базиса" – так называемого обобщенного фрейма – для построения квази-вероятностного описания конкретной квантовой цепочки авторы продемонстрировали возможность снижения негативности этой цепочки, что упрощает её классическую симуляцию.

Исследование включает анализ квантовых цепей, в которых присутствуют шумные однокубитные и двухкубитные квантовые вентили. Квантовые вентили аналогичны логическим вентилям в обычных компьютерах, но могут оперировать квантовыми состояниями, включающими в себя состояния квантовой суперпозиции и запутанные состояния. В реальных современных квантовых процессорах эти вентили подвержены различного рода шумам, что приводит к разрушению обрабатываемой квантовой информации, — рассказал Алексей Федоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.

Минимизация общей негативности проводилась для различных комбинаций размерности фреймов и типа вентилей, что позволило выявить оптимальные параметры для различных уровней шума. С помощью алгоритма оптимизации были рассмотрены однокубитные фреймы различных размерностей, соответствующих возможным трехмерным правильным многогранникам (тетраэдру, кубу, октаэдру и т.д.). Каждый многогранник рассматривался внутри трехмерного пространства параметров Блоха, а его вершины служили точками для построения однокубитных фреймов. Авторы статьи показали, что переход к многогранникам с большим числом вершин – увеличение размерности фрейма – обеспечивает снижение негативности в соответствующем квази-вероятностном описании цепочки. Полученные результаты сравнивались с альтернативной методикой снижения негативности за счет объединения нескольких вентилей в один (gate merging). Выяснилось, что при наличии шумов увеличение размерности фреймов приводит к более эффективному снижению негативности по сравнению с объединением вентилей. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Physical Review A (Q1).

Результаты исследования важны для эффективной классической симуляции квантовых устройств текущего поколения, операции в которых подвержены шуму. Мы показали, что увеличивая размерность фреймов, на которых построены квази-вероятностные представления, можно значительно снизить негативность, тем самым ускорить классическую симуляцию квантовых вычислений. В дальнейшем мы планируем использовать техники квази-вероятностной симуляции для повышения эффективности квантовых вычислений и возможности исполнения больших квантовых цепочек на текущих квантовых компьютерах, — поделился младший научный сотрудник группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ Денис Куликов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 19-71-10091), а также в рамках реализации стратегического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030».

В России запущен в работу квантовый процессор с рекордной точностью алгоритмов

Российские ученые представили новейший квантовый процессор, который продемонстрировал рекордные показатели точности выполнения алгоритмов. Об этом стало известно 25 июня 2024 года. Процессор был разработан в научно-образовательном центре «Функциональные микро/наносистемы» на базе МГТУ им. Н. Э. Баумана и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики (ВНИИА) им. Н. Л. Духова. По словам экспертов института, этот процессор открыл новые возможности для практического применения квантовых вычислений. Подробнее здесь.

В Челябинске создали процессор для квантового компьютера

Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) создали процессор для квантового компьютера, который уже признан самым быстрым в мире. Изобретение уже запатентовано. Об этом рассказала в середине июня 2024 года пресс-службе вуза. Подробнее здесь.

Путин дал поручения о подготовке кадров в сфере квантовых технологий

21 июня 2024 года президент РФ Владимир Путин дал поручения о подготовке кадров в сфере квантовых технологий. Такие решения, как ожидается, помогут обеспечить России технологическую независимость и лидерство.

В апреле 2024-го член правления Российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП) Иван Утенков (группа компаний «Беспилотные технологии») указал на нехватку кадров и низкую квалификацию специалистов в отраслях квантовых технологий, робототехники и беспилотников. По оценкам, в 2022 году нехватка инженеров в области квантовых технологий составляла около 1000 человек, а в 2023-м дефицит кадров усилился. Было предложено создать консорциум по подготовке квантовых инженеров на базе РСПП — эту идею поддержал Путин.

Владимир Путин

В соответствии с новым поручением главы государства, вопрос о создании консорциума для подготовки кадров в сфере квантовых технологий должен быть рассмотрен при участии РСПП и иных заинтересованных организаций. Предполагается, что консорциум объединит «представителей деловых кругов и ведущих образовательных организаций высшего образования».

Отмечается, что квантовые вычисления придают импульс цифровому развитию страны, поскольку обеспечивают более высокую скорость обработки данных по сравнению с обычными компьютерами. Одновременно с этим квантовые решения задают совершенно новые требования для обеспечения информационной безопасности. В России к 2030 году планируется построить не менее 15 тыс. км магистральных каналов квантовых коммуникаций по ключевым направлениям, а также создать центры мониторинга квантовой сети.

Считаю необходимым продолжить работу над технологиями квантовых коммуникаций и квантового шифрования. Такие технологии обеспечивают устойчивость информационных систем к кибератакам с применением как классических, так и квантовых компьютеров, — говорил ранее Путин.[1]

В НИТУ МИСИС открывается первая в России магистратура по индустриальным квантовым технологиям

7 июня 2024 года в НИТУ МИСИС объявлено об открытии первой в России магистратуры по индустриальным квантовым технологиям. Новая программа, разработанная при поддержке ведущих коммерческих компаний, направлена на подготовку специалистов в области квантовых технологий, востребованных на современном рынке. Подробнее здесь.

В России разработан чип для квантовых вычислений, который не имеет аналогов в мире

30 мая 2024 года стало известно о том, что российские специалисты из Центра квантовых технологий (ЦКТ) физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова разработали крупномасштабный восьмиканальный программируемый интерферометр для квантовых вычислений. Утверждается, что по состоянию на указанную дату изделие не имеет аналогов в мире. Подробнее здесь.

Ученые из России, Германии и ОАЭ нашли способ упростить квантовые расчеты с помощью фрактальности

Международный коллектив физиков из России, Германии и ОАЭ показал, что одна из основных теорий для оценки возможностей квантовых технологий — модель Швингера — обладает фрактальными свойствами. Как рассказали TAdviser представители МИСИС 24 мая 2024 года, это необычное и красивое свойство самоподобия поможет упростить и ускорить расчеты при создании усовершенствованного квантового процессора, способного решать задачи в области логистики, машинного обучения и криптографии.

Модель Швингера была разработана в 1950-х годах. По словам ученых, несмотря на то, что это одна из базовых и хорошо изученных теорий, она обладает рядом нетривиальных особенностей, присущих более сложным теориям. Аналитически она разрешима в частных случаях безмассовых или невзаимодействующих частиц, но в общем случае решение неизвестно, поэтому модель представляет собой сложную задачу как для аналитических, так и для численных методов.

По убеждению исследователей, идентификация конкретной структуры в квантовой системе многих тел может дать ценную информацию, позволяющую упростить её описание. Как, например, самоподобная структура, возникающая при описании сложных квантовых систем, состоящих из большого числа компонентов. Фрактальными свойствами обладают такие квантовые системы, как модели Гейзенберга и Изинга, которые описывают, например, магнитные свойства материалов. Фрактальность удалось выявить с помощью визуализации на 2D-графиках.

Ученые впервые показали, что модель Швингера также обладает фрактальными свойствами. На основе этого был предложен метод расчета свойств модели Швингера, когда для расчета системы с большим количеством объектов за основу берется описание с меньшим числом частиц. Такой метод расчета — анзац — показал свою эффективность.

«Ранее у модели Швингера в основном состоянии самоподобная структура не наблюдалась. Отталкиваясь от точного решения для системы небольшого размера, мы строим описание для системы с большим числом частиц с помощью фрактального анзац-подхода. Наш метод очень эффективен. Мы полагаем, что его можно применить и для более широкого класса моделей», — поделился соавтор исследования Алексей Федоров, директор Института квантовой физики НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра.

Алексей Федоров, директор Института квантовой физики НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра

Как полагают авторы исследования, опубликованного в одном научном журнале Physical Review Letters (Q1), наиболее амбициозное направление развития созданной модели — выйти за рамки одномерной системы и установить самоподобные закономерности для двухмерных и трехмерных систем. Это, в свою очередь, позволит усовершенствовать производство квантовых процессоров на базе многоуровневых кубитов.

Работа поддержана госкорпорацией «Росатом» в рамках Дорожной карты по квантовым вычислениям, грантом стратегического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030» (No. K1-2022-027), грантом РНФ, а также Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Исследовательский фонд Германии) по немецкой программе академического лидерства Excellence Strategy.

«Росатом» будет использовать квантовые технологии для трансформации госорганов

22 мая 2024 года стало известно о том, что госкорпорация «Росатом» направила в Минцифры предложения, касающиеся использования квантовых технологий для трансформации госорганов. Предполагается, что это позволит стимулировать спрос на такие решения в России.

Как сообщает газета «Ведомости», инициатива прорабатывается в рамках национального проекта «Экономика данных и цифровая трансформация государства». «Росатом» предлагает включить использование квантовых технологий в «методические рекомендации по цифровой трансформации федеральных органов исполнительной власти и органов управления государственными внебюджетными фондами, госкорпораций и компаний с госучастием».

«Росатом» направила в Минцифры предложения, касающиеся использования квантовых технологий для трансформации госорганов

Предполагается, что квантовые технологии будут использоваться для решения сложных оптимизационных задач, связанных с планированием, прогнозированием, разработкой новых материалов и усилением возможностей ИИ. Заместитель директора технологической практики Kept Алексей Науменко полагает, что в госсекторе квантовые системы позволят обеспечить надежную защиту каналов передачи чувствительной информации и данных, содержащих гостайну. В частности, разработкой средств квантовых коммуникаций занимается РЖД. Еще одной перспективной областью применения названы квантовые сенсоры.

Отмечается, что по состоянию на май 2024 года в России тестированием квантовых технологий занимаются прежде всего структуры банковского сектора, телеком-компании, предприятия ОПК, а также компании, отвечающие за выполнение дорожной карты по развитию квантовых технологий (РЖД и «Росатом»). Вместе с тем, говорят эксперты, внедрение квантовых разработок в бизнес-сфере сопряжено с рядом сложностей. Так, полноценное использование подобных технологий невозможно без контроля со стороны регуляторов, в частности, ФСБ.^[2]

Российские ученые разработали «цифровые двойники» для управления квантовыми системами

Исследователи Университета МИСИС и Российского квантового центра (РКЦ) разработали модель управления сложными квантовыми системами, которая, по их словам, открывает возможности для более быстрой передачи информации и позволяет контролировать динамику системы. Об этом 16 мая 2024 года TAdviser сообщили представители МИСИС.

Согласно заявлению ученых, предложенная методика полезна для снижения количества ошибок и подавления шумов в квантовых устройствах. С ее помощью можно будет изучать различные эффекты в физике многих тел, а также искать новые квантовые материалы. Модификация же модели позволит наблюдать за системами на макроскопическом уровне, что, в свою очередь, открывает путь к управлению квантовыми системами между различными фазами материи. Подробнее здесь.

В МФТИ создали компактные резонаторы для усиления квантовых процессоров

Ученые МФТИ впервые показали считывание сверхпроводникового кубита компактным резонатором, площадь которого составляет около 200х200 мкм2, что в 10-20 раз меньше размеров повсеместно используемых для этой цели копланарных резонаторов. Этот размер соответствует стандартному размеру сверхпроводникового атома. Результат может быть использован при масштабировании сверхпроводящих квантовых схем. Об этом университет сообщил 16 мая 2024 года. Подробнее здесь.

Российские учёные разработали способ ускорения квантовых вычислений

Российские ученые из Университета МИСИС и Российского квантового центра предложили собственный подход к реализации быстрой трехкубитной операции на сверхпроводниковых кубитах – флаксониумах. Об этом TAdviser 7 мая 2024 года сообщили представители НИТУ МИСИС. По их словам, этот метод приближает создание практически полезного «шумного» квантового процессора и алгоритмов для эффективных многокубитных операций. Квантовые эффекты, в свою очередь, полезны для исследования молекул, создания лекарств, эффективного решения задач логистики и поиска в базе данных. Подробнее здесь.

В ИТМО придумали, как увеличить время жизни квантовых состояний

Ученые ИТМО придумали, как создавать долгоживущие квантовые состояния для обработки, стабильной записи и надежного хранения информации. В основе решения — искусственный интеллект. В перспективе результаты исследования помогут в создании квантовых компьютеров. Об этом университет сообщил 3 апреля 2024 года.

Чтобы решать сложные вычислительные задачи (например, шифровать информацию с помощью квантовой криптографии), ученые работают над созданием квантовых симуляторов (компьютеров). В отличие от обычного, такое устройство использует не биты (работают с двумя состояниями: 0 и 1), а кубиты (могут работать с большим количеством состояний). Считается, что благодаря этому квантовые компьютеры смогут обрабатывать все состояния одновременно и выдавать решения быстрее, чем обычные ПК.

Одно из главных технических препятствий, с которым столкнулись исследователи на пути разработки квантового компьютера, — спонтанное излучение, когда записанная в системе единица информации (кубит) может разрушиться в любой момент времени, излучившись в окружающее пространство. Это явление зачастую ограничивает время жизни квантовых состояний и, по сути, делает запись данных в квантовых системах невозможной. Для подавления спонтанного излучения обычно используются большие атомные структуры (из десятков или сотен атомов). Ранее ученые уже находили оптимальные двумерные атомные решетки, способные поддерживать максимально долгоживущие состояния, но каким должен быть оптимальный дизайн структур из произвольно расположенных частиц, оставалось неизвестным.

На этот раз физикам из ИТМО удалось с помощью небольшой оптимизации геометрии получить структуры, которые сохраняют квантовое состояние в десятки и сотни раз дольше. Для этого они применили эволюционные алгоритмы (направление в искусственном интеллекте, которое моделирует процессы естественного отбора) и создали программу, предсказывающую подходящие параметры систем. В отличие от многих других работ, где атомные структуры имели наперед заданную геометрию, в данной работе искусственный интеллект сам находил нужные расположения атомов.

Данное решение определяет геометрию молекул из ультрахолодных атомов. По сути, ученые написали инструкцию сборки долговечных квантовых систем для записи и хранения информации. Предсказанные с помощью искусственного интеллекта структуры можно использовать для создания алгоритмов квантовой памяти.

Авторы рассматривали два изменяющихся параметра: количество атомов и минимальное разрешенное расстояние между ними. С помощью алгоритма они определили оптимальное геометрическое расположение частиц для различных межатомных расстояний: одномерные цепочки, фрагменты треугольных и квадратных решеток. Все эти конфигурации способны поддерживать неизлучающие, а значит, и долгоживущие квантовые состояния.

Есть два пути развития этой работы. Если раньше мы рассчитывали параметры структур для однофотонных состояний, то дальше будем искать то же самое для двуфотонных запутанных состояний: в них можно записать в два раза больше данных, а также применять их в квантовой коммуникации для передачи информации. Кроме того, мы бы хотели улучшить наш алгоритм, чтобы можно было считать системы из большего числа атомов, — рассказал один из авторов работы, аспирант Нового физтеха Илья Волков.

Результаты работы позволят экспериментаторам увеличить время записи квантовых состояний — это откроет новые возможности для работы с ними, в том числе поможет в создании квантовых компьютеров.

Edutoria и Университет МИСИС запускают новую магистратуру по индустриальным квантовым технологиям

Edutoria и Университет МИСИС запускают магистратуру по индустриальным квантовым технологиям. Об этом Сбер сообщил 4 апреля 2024 года. Подробнее здесь.

Российские ученые доказали эффективность трехуровневых квантовых систем – кутритов

Ученые Университета МИСИС,Российского квантового центра, ФИАН им. Лебедева и МФТИ продемонстрировали работоспособность трехуровневых квантовых систем – кутритов сразу на двух типах отечественных квантовых процессоров — сверхпроводниковом и ионном. С помощью кутритов исследователи смоделировали неравновесный фазовый переход нарушения симметрии чётности и времени. Такая симметрия нарушается, если изолированная физическая система начинает взаимодействовать с окружающим миром, теряя при этом часть своей энергии. Об этом 1 апреля 2024 года сообщили представители Университета МИСИС. Подробнее здесь.

МГТУ им. Баумана анонсировал запуск производства квантовых процессоров для суперкомпьютеров

18 марта 2024 года МГТУ им. Н. Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» сообщили о запуске первого в России контрактного производства сверхпроводниковых квантовых процессоров. Ожидается, что это позволит удовлетворить растущую потребность России в суперкомпьютерах следующего поколения. Подробнее здесь.

В России разработали уникальный материал для создания квантовых телекоммуникаций

Алферовский университет разработал первые в России высококачественные кристаллы нитрида индия на кремнии, которые можно использовать в создании устройств квантовых телекоммуникаций и фотонных интегральных схем. Об этом в начале марта 2024 года сообщили в Центре компетенций НТИ «Фотоника». Подробнее здесь.

В России утвердили стандарты в области квантовых коммуникаций

В конце февраля 2024 года стало известно об утверждении двух новых стандартов в сфере квантовых коммуникаций. О них рассказали в пресс-службе Платформы Национальной технологической инициативы (НТИ).

Один из новых стандартов касается архитектуры типового программно-аппаратного комплекса распределения ключей, который обеспечивает защищенную доставку ключей до устройств квантового интернета вещей, прямое подключение которых к сетям квантового распределения ключей технически невозможно или нецелесообразно.

Стало известно об утверждении двух новых стандартов в сфере квантовых коммуникаций

Во втором стандарте речь идет об установке требований к интерфейсам подключения типового программно-аппаратного комплекса распределения ключей в части взаимодействия с сетью квантового распределения ключей, а также интерфейсов передачи квантовых и квантово-защищенных ключей на терминалы квантового интернета вещей.

По данным Платформы НТИ, стандарты начали действовать 1 февраля 2024 года. Документы рассчитаны на три года. Как отметил заместитель директора АНО Платформа НТИ», председатель ТК 194 «Кибер-физические системы» Никита Уткин, стандарты открывают дорогу к широкому практическому внедрению квантовых технологий, в частности, квантового распределения ключей, в различных сферах деятельности: от банковского сектора до промышленного интернета вещей и потребительских умных систем.

Для нас работа над данными документами была чрезвычайно важна с нескольких точек зрения: во-первых, это харизматичный пример реализации принципа опережающего регулирования в сфере высоких технологий, во-вторых, это пример крайне непростой коллективной работы и выхода на отраслевой консенсус, в-третьих, этими стандартами закрепляется факт существования и перехода в практическое русло крайне перспективного технологического рынка, на котором у российских разработчиков имеются очень серьезные заделы, — заявил Уткин.[3]

Запущен первый российский 12-кубитный квантовый компьютер

Специалисты Московского физико-технического университета (МФТИ) запустили первый в России 12-кубитный квантовый компьютер. Он основан на сверхпроводниках - материалах, проводящих электрический ток без сопротивления и потерь электроэнергии), вычислительные элементы которого изготавливаются из чистого алюминия. Подробнее здесь.

В России научились создавать треугольные и прямоугольные лазерные импульсы — это улучшит управление квантовыми схемами

В середине января 2024 года российские исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург) сообщили о разработке метода получения оптических импульсов регулируемой формы. Ожидается, что в перспективе это поможет улучшить управление квантовыми компьютерами.

В обычных световых импульсах напряженность электромагнитного поля меняется со временем по синусоиде. Считалось, что иные формы поля невозможны. Российские физики предложили подход, который позволяет создавать прямоугольные и треугольные световые импульсы.

Ученые смоделировали прохождение двух последовательных сверхкоротких оптических импульсов через газообразный натрий. Первичные импульсы имели форму дуги, которая соответствует половине периода обычной электромагнитной волны. В соответствии с предложенной моделью импульсы проходили в среде путь длиной 5 микрометров. При этом первый из них передавал возбуждение атомам натрия, запуская их колебания, а второй останавливал их. В результате такого взаимодействия формировался отклик электромагнитного поля в виде двух пиков, разнесенных во времени.

Далее исследователи предложили задействовать неоднородную по плотности среду с варьирующейся концентрацией частиц натрия. Специалисты, в частности, применили трапециевидную модель: на границах плотность была минимальной, по мере удаления от них она линейно возрастала, а в центре выходила на плато. В результате, удалось получить строго прямоугольные импульсы. При изменении формы перехода плотности среды на участках подъема и спада с линейной на параболическую исследователи смогли сформировать треугольные импульсы. С помощью таких импульсов можно управлять состоянием отдельных атомов и кубитов — элементов, лежащих в основе квантовых компьютеров.^[4]

2023

Создан первый в России 8-кубитный квантовый процессор

В начале декабря 2023 года в НИТУ МИСИС объявили о создании первого в России квантового процессора с восемью кубитами. Технология разработана специалистами университетского дизайн-центра квантового проектирования совместно с сотрудниками Российского квантового центра (РКЦ). Подробнее здесь.

Российские ученые стали на шаг ближе к универсальному квантовому компьютеру

Российские ученые Университета МИСИС и Российского квантового центра (РКЦ) совместно с коллегами из МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» предложили и продемонстрировали метод реализации быстрой двухкубитной операции на сверхпроводниковых кубитах-флаксониумах, которая может лечь в основу масштабируемых и устойчивых к ошибкам квантовых процессоров. Таким образом, российские ученые стали еще на шаг ближе к созданию универсального квантового компьютера, способного решать задачи в различных областях, например для моделирования молекулярных и химических реакций, что станет залогом дальнейшего развития фармацевтики и материаловедения. Такой информацией с порталом TAdviser 27 ноября 2023 года поделились представители МИСИС. Подробнее здесь.

«Ростех» отказался от длившейся несколько лет разработки дорожной карты «Квантовые сенсоры»

«Ростех» отказался от длившейся несколько лет разработки дорожной карты «Квантовые сенсоры». Об этом стало известно 2 октября 2023 года.

Необходимость в соглашении формально отпала. Мероприятия «дорожной карты» уже реализуются в рамках госпрограммы развития электронной и радиоэлектронной промышленности и продолжат реализовать в том числе «Ростехом», - рассказал РБК один из источников.

По его словам, инициатором расторжения выступает сам «Ростех». При этом речь идет о техническом решении, котором нет никакой интриги, добавил собеседник издания.

На создание и развитие рынка квантовых сенсоров «Ростех» предлагал потратить 41 млрд рублей, из них 27 млрд рублей бюджетных, 14 млрд рублей собственных средств и других инвестиций. В дорожной карте описаны 19 видов сенсоров, десять из них должны были подготовить к промышленному производству к концу 2024 года.

По словам источника РБК на ИТ-рынке, квантовые сенсоры могут войти в документы по развитию направлений квантовых вычислений и квантовых коммуникаций, которые будут создаваться в рамках проекта «Экономика данных» до 2030 года. Его развитием будут заниматься «Росатом» и РЖД — каждый в своей части. Утвердить национальный проект «Экономика данных» правительство должно до июня 2024 года.

Как пишут «Ведомости», Сенсоры – одно из самых перспективных направлений рынка квантовых технологий. Квантовые датчики позволят сверхточно измерять различные физические величины – время, расстояние, скорость и т. д. Такие сенсоры можно будет использовать в системах спутниковой и наземной связи, а также на сотовых сетях. Они позволят определять положения спутников, баллистических ракет, самолетов, подводных лодок, скорость и направление передвижения беспилотных автомобилей.^[5]

Новый вуз и развитие технологий шифрования. Путин дал поручения по квантовым технологиям

4 сентября 2023 года на сайте Кремля был опубликован перечень поручения президента РФ Владимира Путина по итогам встречи с учёными и пленарного заседания форума будущих технологий. В частности, речь идет о развитии квантовых технологий.

До 15 ноября 2023 года правительству поручено создать условий для привлечения в РФ отечественных и иностранных ученых и квалифицированных специалистов в области квантовых технологий, в том числе в области разработки квантовых сенсоров, осуществления квантовых вычислений и коммуникаций, включая упрощение визового режима, получения вида на жительство и гражданства Российской Федерации, процедуры оформления документов, необходимых для миграционного учета и допуска к работе, а также выработку механизмов индивидуальной материальной поддержки и обеспечения социально-бытового обустройства таких лиц и членов их семей.

Также кабмину создать университет в области квантовых технологий в целях реализации образовательных программ по изучению передовых разработок в указанной области, в том числе предусматривающих вовлечение в образовательный процесс школьников.

Университет также будет поддерживать научные исследования и инновационные проекты в области квантовых технологий. Это включает в себя сотрудничество с научными институтами, индустрией и государственными органами для развития и внедрения квантовых технологий в реальной практике.

Инициатива по созданию университета в области квантовых технологий подчеркивает важность развития этой области как одного из приоритетов научно-технического развития России. Президент Путин выразил уверенность в том, что новый университет станет ключевым центром для обучения и исследований в области квантовых технологий и способствует долгосрочному научному и инновационному росту страны.

Правительству РФ до июля 2024 года поручено обеспечить утверждение национального проекта по формированию экономики данных на период до 2030 года, среди прочего предусматривающего мероприятия по обеспечению безопасности данных, в том числе с использованием технологии квантового шифрования.^[6]

Обнаруженный эффект наночастиц позволит создавать наноантенны для квантовых и оптических компьютеров

Научная группа под руководством ученого МФТИ показала, что определенная форма позволяет наночастицам быть в электромагнитном смысле больше своих геометрических размеров. Об этом 14 августа 2023 года сообщили представители МФТИ. Обнаруженный эффект поможет в создании биологических сенсоров, материалов для солнечных батарей и элементов оптических и квантовых компьютеров. Подробнее здесь.

В России созданы алгоритмы, помогающие обезопасить компьютеры от квантовых кибератак

В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» создали способ обезопасить компьютеры от квантовых кибератак. Об этом в вузе рассказали в июле 2023 года.

По словам аналитика университета Алексея Петренко, специалисты «ЛЭТИ» разработали новые алгоритмы, позволяющие моделировать кибератаки с помощью сверхмощных квантовых компьютеров на цифровую инфраструктуру и находить в ней уязвимости для их последующего устранения. Алгоритмы для анализа систем шифрования работают по симметричному и асимметричному принципам - в первом случае для шифровки и дешифровки сообщения используется один и тот же цифровой ключ, во втором - разные. Применение таких алгоритмов позволит уменьшить вычислительную нагрузку при поиске уязвимостей систем шифрования и ускорить работу криптоаналитиков.

В своих исследованиях мы занимаемся в основном именно квантовым криптоанализом и, как следствие, создаем более стойкие постквантовые алгоритмы. Модификации квантовых алгоритмов можно условно разделить на математические, структурные и реализационные. В своей работе мы использовали все три направления, после чего провели тестирование и получили существенное ускорение по сравнению с оригинальными алгоритмами для решения ряда задач, - рассказал он ТАСС.

В «ЛЭТИ» отметили, что к июлю 2023 года широко известны эффективные квантовые алгоритмы, в частности, алгоритмы Шора и Гровера, которые являются достаточно результативными и удобными для криптоанализа асимметричной и симметричной криптографии соответственно. Однако они не являются единственными пригодными для криптоанализа, что позволяет использовать их комплексно с другими, более узконаправленными квантовыми алгоритмами. Симметричная криптография – один из видов шифрования данных в которых один и тот же ключ используется как для шифрования, так и для дешифрования, в то время как асимметричная криптография предполагает использование двух ключей – открытого (применяется для шифрования информации и может передаваться по незащищенным каналам) и закрытого (применяется для расшифровки данных, зашифрованных открытым ключом). Ученые модифицировали данные перспективные квантовые алгоритмы с целью сокращения их вычислительных сложностей и времязатрат.^[7]

Правительство РФ разработало меры поддержки разработчиков квантовых технологий

21 июля 2023 года стало известно о том, что в концепцию развития российской квантовой отрасли до 2030 года включены меры поддержки отечественных разработчиков. Это необходимо в том числе в свете сложившейся геополитической обстановки и санкций со стороны США и европейских государств.

Документ, как сообщает газета «Коммерсантъ», нацелен на регулирование отрасли квантовых коммуникаций. Квантовые технологии планируется применять для защиты различных информационных систем, в частности, платформ электронного голосования и межведомственного взаимодействия. Квантовое шифрование может быть использовано при передаче конфиденциальной информации: в силу фундаментальных законов физики незаметно похитить данные, передающиеся по таким каналам, невозможно в принципе. Рассматривается возможность использования квантовых технологий на транспорте и в сфере связи.

Разработанная концепция предполагает, что власти РФ ограничат закупку импортного программного обеспечения и оборудования для квантовых систем: зарубежные технологии предлагается внести в постановление правительства №616, которое запрещает приобретать иностранные товары для обеспечения безопасности государства. Кроме того, будет сформирован единый реестр квантовых технологий для планирования мер господдержки российских производителей. Вместе с тем авторы документа считают необходимым привлечение иностранных специалистов для развития квантовой отрасли: для этого им могут предоставляться льготы, соответствующие тем, что сейчас действуют для работников российских ИТ-организаций.

Сообщается, что РЖД является одной из организаций, ответственных за реализацию концепции. В работе над документом приняли участие специалисты «Национальной квантовой лаборатории», созданной под эгидой «Росатома». Эксперты говорят, что в России наблюдается спад развития квантовых технологий: в 2022 году на изобретения в соответствующей области было подано 16 заявок против 28 в 2021-м.^[8]

Правительство РФ разработало концепцию регулирования квантовых коммуникаций до 2030 года

В июле 2023 года премьер-министр Михаил Мишустин подписал распоряжение, которым утвердил концепцию регулирования отрасли квантовых коммуникаций до 2030 года. Основные цели документа - стимулирование развития рынка квантовых коммуникаций, поддержка отечественных производителей, достижение высокого уровня информационной безопасности граждан и государственных организаций.

В концепции подчеркивается необходимость формирования правового механизма, регулирующего использование квантовых коммуникаций в существующих сетях связи, а также создания новых сетей квантовой связи. Таким механизмом могут стать экспериментальные правовые режимы в сфере цифровых инноваций. Их целесообразно устанавливать в отдельных сферах, например в беспилотном транспорте и логистике, интернете вещей, портативной электронике, перспективных сетях мобильной связи.

Концепция предполагает, что техническое регулирование отрасли квантовых коммуникаций должно основываться на национальных стандартах, которые будут устанавливать требования к сетям квантовых коммуникаций.

Также новая отрасль должна быть представлена в Общероссийском классификаторе видов экономической деятельности. Это необходимо, чтобы различные отраслевые организации, например производители оборудования для квантовых коммуникаций, могли получать поддержку от государства. Для этой же цели компании, работающие с квантовыми коммуникациями, получат право аккредитоваться как российские организации, осуществляющие деятельность в области информационных технологий.

Как сообщила пресс-служба кабмина 17 июля 2023 года, заинтересованные ведомства совместно с РЖД должны в трехмесячный срок представить в Минцифры предложения по реализации концепции.

Правительство Российской Федерации Распоряжение от 11 июля 2023 г. №1856-р

НИТУ МИСИС создал институт для обучения инженеров в квантовой сфере

В середине июля 2023 года Национальный исследовательский технологический университет МИСиС (НИТУ МИСиС) объявил о создании Института физики и квантовой инженерии, в котором будут будут готовить квантовых инженеров и квантовых технологов. Подробнее здесь.

Правительство выделило 24 млрд рублей на исследования квантовых технологий

Правительство РФ выделило 24 млрд рублей на исследования квантовых технологий. Об этом вице-премьер Дмитрий Чернышенко рассказал 14 июля 2023 года.

В мире постоянно растёт заказ на фундаментальные квантовые исследования. Государство выступает главным заказчиком таких исследований – до 2024 года на эти цели Правительством было выделено финансирование в размере свыше 24 млрд рублей, но прикладное внедрение результатов и дальнейший заказ на инженерные исследования должны быть в том числе на стороне бизнеса, – сообщил он (цитата по пресс-службе кабмина).

По словам Чернышенко, правительство вместе с отраслью сформировало дорожные карты «Квантовые вычисления» и «Квантовые коммуникации», на реализацию которых до 2026 года будет выделено 41 млрд рублей.

Причем обеспечен паритет государственного и частного финансирования, – подчеркнул вице-премьер.

Первостепенной задачей в этой области является разработка необходимого нормативного регулирования и условий для привлечения инвестиций, добавил он.

В правительстве рассчитывают, что к 2030 году будет построено минимум 15 000 км магистральных каналов квантовых коммуникаций по ключевым направлениям, а также центры мониторинга квантовой сети. Объем реализованной технологическими компаниями продукции, по словам Дмитрия Чернышенко, должен составить не менее 30 млрд рублей. К середине июля 2023 года уже создан пилотный участок магистральной квантовой сети Москва – Санкт-Петербург и сегмент Москва – Нижний Новгород, отметил замглавы правительства, добавив, что до конца 2023-го будут реализованы отрезки общей протяженностью более 1400 км.

Говоря о влиянии квантовых технологий на цифровую трансформацию, вице-премьер отметил, что квантовые вычисления придают импульс цифровому развитию, поскольку обеспечивают более высокую скорость обработки данных по сравнению с обычными компьютерами. Одновременно с этим квантовые решения задают совершенно новые требования для обеспечения информационной безопасности.^[9]

Провайдер облачных технологий Cloud.ru открыл квантовую лабораторию

13 июля 2023 года компания Cloud.ru объявила об открытии квантовых вычислений, целью которой является объединение существующих и будущих решений в области квантовых вычислительных систем в облачной инфраструктуре. Исследования будут проводиться в тесном сотрудничестве с ведущими российскими лабораториями по квантовым технологиям, сообщила пресс-служба российского поставщика облачных услуг. Подробнее здесь.

Впервые в России создали источник фотонов для квантовых компьютеров

Ученые из Физико-технического института (ФТИ) им. А.Ф. Иоффе РАН разработали полупроводниковый прибор для управляемого излучения одиночных фотонов. Подобные приспособления умеют делать всего в нескольких лабораториях в мире. Такие фотоны могут выступать в роли единиц информации - кубитов. Об этом в Минобрнауки сообщили 5 июля 2023 года. Подробнее здесь.

Россия успешно запустила спутник для создания систем квантово-защищенной спутниковой связи

27 июня 2023 года Россия успешно запустила спутник для создания систем квантово-защищенной спутниковой связи. Речь идет о разработке НИТУ «МИСиС» и квантового стартапа QSpace Technologies.Подробнее здесь.

Российские ученые создали математическую модель для повышения качества спутниковой квантовой связи

Ученые МФТИ, Университета МИСИС и Российского квантового центра получили математическую модель для быстрой оценки эффективности спутниковой квантовой связи. Об этом TAdviser 2 мая 2023 года сообщили представители Университета МИСИС. По мнению исследователей, расчеты на основе предложенной модели распределения ключей со спутника «Мо-Цзы» на созданную в России наземную станцию упростят и ускорят практическое моделирование квантового канала связи. Подробнее здесь.

Российские ученые повысили производительность квантовых процессоров с помощью кудитов

Ученые НИТУ МИСиС и Российского квантового центра предложили подход к реализации квантовых алгоритмов с использованием дополнительных уровней квантовой системы, который позволил на порядок повысить итоговое качество выполнения квантовых алгоритмов. Об этом 7 апреля 2023 года TAdviser сообщили представители НИТУ МИСиС.

По словам ученых, основной способ повышения производительности квантовых процессоров — увеличение числа их кубитов — наименьшей единицы информации в квантовом компьютере. Однако ионы или атомы, которые часто выступают в роли кубитов, имеют больше двух уровней и могут работать не только как кубиты, но и как кудиты, которые являются расширенной версией кубита и могут находиться в трех (кутриты), четырех (кукварты), пяти (куквинты) и более состояниях. Дополнительные состояния позволяют плотнее кодировать данные в физических носителях, что, в свою очередь, дает возможность реализовывать все более сложные и комплексные квантовые алгоритмы. Таким образом возрастает мощность квантового процессора, и операции могут производиться значительно быстрее, пояснили исследователи. Подробнее здесь.

Впервые в России открыт доступ к отечественному квантовому компьютеру через облако

Впервые в России открыт публичный доступ к отечественному квантовому компьютеру через облако. Данный проект реализовала команда физиков из Российского квантового центра (РКЦ) и ФИАН им. П. Н. Лебедева РАН. Об этом в РКЦ рассказали в начале апреля 2023 года. Подробнее здесь.

Российские ученые повысили устойчивость сверхпроводниковых квантовых процессоров к ошибкам

Ученые из Российского квантового центра разработали подход, который позволяет реализовывать коды коррекции ошибок на квантовых процессорах, не обладающих высокими вычислительными мощностями. Полученные результаты помогут физикам снизить воздействие шумов и приблизиться к решению практических задач на системах с относительно небольшим количеством кубит. Об этом центр сообщил 30 марта 2023 года. Подробнее здесь.

В России разработаны новые типы оптических волокон, открывающие большие возможности для квантовой связи

Холдинг «Швабе» и ученые Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ) сообщили о разработке новых классов оптических волокон. Материалы, обеспечивающие надежное соединение при создании телекоммуникационных сетей, используются в разработке высокотехнологичных оптических устройств, сообщила пресс-служба «Ростеха» («Швабе» входит в эту госкорпорацию) в марте 2023 года. Подробнее здесь.

Разработан алгоритм непрерывного мониторинга характеристик квантового процессора

В России разработан алгоритм непрерывного мониторинга характеристик квантового процессора. Соответствующие результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review Applied в феврале 2023 года.

Учёные из Российского квантового центра (Москва) и Университета МИСИС (Москва) разработали новый алгоритм мониторинга характеристик базовых элементов квантового процессора, позволяющий получать достаточно точные оценки их поведения на основе анализа информации, полученной после запуска пользовательских цепочек. Алгоритм прошёл проверку как на искусственно сгенерированных данных, полученных из квантового эмулятора, так и на экспериментальных данных, собранных из общедоступного облачного квантового процессора.

Главная особенность разработанной системы по сравнению с другими методами бенчмаркинга заключается в том, что она не заимствует дополнительное вычислительное время у квантового процессора: все оценки состояния квантовых процессоров делаются на основе запускаемых пользователями квантовых цепочек. Использование предлагаемого метода позволит значительно сократить ресурсы, необходимые для их бенчмаркинга и калибровки. Система мониторинга максимально задействует уже доступные данные из реализованных квантовых алгоритмов без необходимости запуска дополнительных процедур.

Мы протестировали разработанную систему с использованием искусственно созданных и экспериментальных данных, полученных путём запуска схем на 5-кубитном сверхпроводящем квантовом процессоре, который доступен через облако. В случае реальных данных от процессора мы видели, что результаты мониторинга довольно хорошо согласуются с результатами, полученными от специально запущенной калибровки, - отметил руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Евгений Киктенко, кандидат физико-математических наук, главный научный сотрудник группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.[10]

Российские ученые предложили алгоритм для точного расчета динамики квантовых систем

Исследователи Центра квантовых метаматериалов МИЭМ НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Германии и Великобритании предложили алгоритм автоматического сжатия произвольных сред (Automated Compression of Arbitrary Environments — ACE). Как 9 февраля 2023 года TAdviser сообщили в НИУ ВШЭ, метод дает качественно новые возможности точных вычислений для исследования динамики квантовых систем. По мнению ученых, алгоритм поможет в проектировании квантовых компьютеров и новых систем связи. Подробнее здесь.

В ИТМО предложили протокол для генерации запутанных состояний, который поможет создавать чипы следующего поколения

Ученые ИТМО предложили универсальный способ для генерации квантовых корреляций и запутанных состояний. Он позволяет динамически влиять на параметры системы и задавать желаемые характеристики фотонов, например, явления группировки или антигруппировки. Исследование открывает возможности для кодирования запутанных состояний в сверхпроводящих кубитах и обработки квантовой информации в оптических чипах следующего поколения. Об этом 11 января 2023 года сообщили представители ИТМО.

Как сообщалось, для устройств на основе сверхпроводящих кубитов, например, чипов следующего поколения или квантовых компьютеров важно создавать запутанные состояния Белла. Эти состояния ― фундамент для любой обработки квантовой информации, квантовых вычислений и разработки сверхбыстрых процессоров. Современные системы позволяют создавать установки по генерации источников нескольких фотонов, но их параметры определяются сразу при производстве конструкции, то есть управлять характеристиками системы невозможно. Это ограничивает исследовательские и технические возможности.

Ученые Нового физтеха ИТМО нашли решение этой проблемы. Они предложили теоретический протокол для динамической генерации устойчивых квантовых корреляций и запутанных состояний Белла в излучении частотной гребенки от массива сверхпроводящих кубитов. Метод универсален, учитывает временную эволюцию кубитов и может использоваться для управления корреляциями фотонов в динамически модулированных квантовых системах.

Наш протокол добавляет в систему своеобразный "тумблер", с помощью которого можно переключать режимы ― с группировки фотонов (когда частицы излучаются группами) на антигруппировку, когда каждая частица излучается самостоятельно. Это позволяет добиться желаемых параметров системы или установки. Еще мы предложили простой, но весьма эффективный способ генерации частотной гребенки системы (простая двухуровневая квантовая система): берем два кубита, помещаем в систему и "трясем" их уровни (с небольшим запаздыванием по фазе). В итоге мы получили шахматную диаграмму эффектов группировки и антигруппировки, защищенных симметрией системы, и возможность динамически генерировать многофотонные запутанные состояния с определенной точностью, просто найдя нужный закон "тряски". объяснил Денис Ильин, автор исследования, студент магистратуры Нового физтеха ИТМО

Исследователи провели аналитические вычисления корреляционных функций при малых амплитудах тряски и расчет энтропии запутанности фотонных состояний в зависимости от параметров «тряски» системы, подтвердили соответствующие выводы численными расчетами, расширив применимость метод на диапазон больших амплитуд.

Ученые показали, что взаимными корреляциями между сигналами в волноводе можно управлять, а также предложили эффективный способ управления. Результаты исследования предполагают возможность контролировать корреляции сигналов при одноканальной передачи квантовой оптической информации. Это открывает дополнительные возможности для будущих протоколов обработки квантовой информации устройств следующего поколения (например, вычислительных устройств).

Авторы будут развивать исследование, в их планах ― экспериментальное подтверждение гипотезы, а также изменение параметров исследуемой системы (ученые хотят ввести в нее механические степени свободы).

Работа поддержана грантами РНФ, а также программой Минобрнауки РФ «Приоритет 2030».

2022

Число заявок на патенты в сфере квантовых технологий в России снизилось впервые с 2019 года

В 2022 году в России было подано 16 заявок на изобретения в области квантовых технологий (квантовые коммуникации, сенсоры и вычисления) против 28 в 2021-м. Снижение количество таких запросов на патенты произошло впервые с 2019 года. Об этом свидетельствуют данные аналитической компании Dsight и инвестиционного фонда «Восход», которые были опубликованы в середине июня 2023 года.

Как пишет «Коммерсантъ» со ссылкой на это исследование, в 2022 году больше всего соответствующих заявок на патенты — 12 штук — подано в области квантовых коммуникаций. Лидером среди организаций, подавших соответствующие заявки в России, стало представительство японской Canon. Второе место за университетом ИТМО, на третьем месте российская «КуРейт» (QRate), которая занимается внедрением квантовых коммуникаций в инфраструктуру российских компаний.

Число российских заявок на изобретения падает из-за проблем с импортным оборудованием, а также повышенной политической напряженности и возросшей секретности, говорят опрошенные изданием эксперты.

В текущей обстановке публичное распространение информации может обернуться санкционными ограничениями для компаний и вузов, — пояснил научный руководитель Центра компетенций НТИ «Квантовые технологии» на базе МГУ Сергей Кулик.

Как отметили в МИСиС, к середине июня 2023 года сотрудничество в области квантовых технологий со странами Запада сохраняется, «если со стороны партнеров не накладываются ограничения на научное взаимодействие». За последнее время усилилось сотрудничество в рамках БРИКС, особенно с научными группами Китая и Индии, добавили в вузе.

До начала военной спецоперации на Украине Россия занимала одну из лидирующих позиций в мире по количеству разработок в области квантов, однако к концу 2022 года около 62% заявок на патенты пришлось на США и Китай.^[11]

Утвержден профстандарт для специалистов по квантовым технологиям в России

5 декабря 2022 года стало известно об утверждении в России нового профессионального стандарта — для специалистов в сфере квантовых технологий.

В России официально появится новая «квантовая» профессия. Для специалистов в сфере квантовых коммуникаций впервые утвержден профессиональный стандарт! РЖД совместно с АНО «Центр обеспечения цифровой трансформации» разработали первый профстандарт «Специалист по монтажу и технической эксплуатации квантовых сетей». Он утвержден Минтруда России и зарегистрирован Минюстом России, вступит в силу с 1 марта 2023 года, — говорится в сообщении в Telegram-канале РЖД.

Отмечается, что в процессе разработки учли актуальные требования работодателей и их видение перспектив развития сферы квантовых коммуникаций.

Уже через несколько лет эксперты ожидают настоящий технологический прорыв в сфере квантовых технологий. Появление новых устройств полностью изменит нашу жизнь, как раньше это уже сделали компьютеры, интернет, мобильные телефоны, — заявили в РЖД.

Предполагается, что наличие профстандарта поможет молодежи эффективнее спланировать свое обучение и будущий карьерный рост, а действующим специалистам – выбрать дополнительные образовательные программы для повышения квалификации.

Ранее Правительство РФ в определило холдинг РЖД ответственным в развитии квантовых коммуникаций. Компания создала департамент квантовых коммуникаций и управляющий комитет по реализации дорожной карты. Она предусматривает реализацию до 2024 года более 120 мероприятий и проектов, направленных, в частности, на развитие технологий оптоволоконных, атмосферных и спутниковых квантовых коммуникаций, создание коммерческих квантовых сетей связи и соответствующего специального оборудования, разработку абонентских устройств, развитие квантового интернета вещей, а также мероприятия по формированию рынка и экосистемы отечественного образования, науки и промышленности.^[12]

В России впервые продемонстрирован действующий квантовый процессор

Команда ученых МФТИ и НИТУ МИСиС создала четырехкубитный квантовый процессор и продемонстрировала на нем точность двухкубитных операций CZ более 97%. Об этом TAdviser сообщили представители НИТУ МИСиС 16 ноября 2022 года. Подробнее здесь.

Создание ученными алгоритма, способного предсказывать поведение квантовых систем

1 ноября 2022 года стало известно о том, что группа ученых из Российского квантового центра, Московского физико-технического института, Университета «МИСИС» и Сколковского института науки и технологий совместно с коллегами разработали алгоритм, способный предсказывать поведение квантовых систем при условии их взаимодействия с внешней средой. Предсказательный подход полностью основан на анализе имеющихся данных, что сопоставимо с предиктивной аналитикой на базе «больших данных», зачастую используемой технологическими компаниями. Результаты численных экспериментов описаны в научном журнале Physical Review Research. Подробнее здесь.

Обнаружен физический эффект, который может лечь в основу квантовых устройств

Ученые из НИТУ МИСИС и МФТИ открыли физический эффект резонансных осцилляций сверхпроводящего критического тока в созданном научным коллективом джозефсоновском устройстве на основе нанокристалла топологического изолятора. Об этом 31 октября 2022 года сообщила компания DNA Communications. Подробнее здесь.

CША запретили экспорт и продажу в Россию услуг в сфере квантовых вычислений

15 сентября 2022 года Министерство финансов США объявило о введении новых санкции в отношении российского технологического сектора. На этот раз в пакет вошел запрет на оказание услуг в сфере квантовых вычислений. Ограничения вступят в силу 15 октября 2022 года.

Министерство финансов предпринимает дополнительные действия, чтобы лишить Россию доступа к ключевым услугам со стороны компаний из США. Сегодня ведомство выносит определение, запрещающее экспорт, реэкспорт, продажу или поставки, прямо или опосредованно, из США или американским лицом, где бы оно ни находилось, услуг по квантовым вычислениям любому лицу, находящемуся в Российской Федерации, - говорится в заявлении ведомства.

Под санкции попали ООО «Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий» (МЦКТ, Российский квантовый центр) и СП «Квантовые технологии» («СП Квант», структура «Росатома»), которые занимаются проектами квантовых вычислений.

Эти санкции не стали неожиданностью. Они идут в русле уже объявленных ранее ограничений по другим высокотехнологичным отраслям, в том числе по микро- и наноэлектронике. На реализацию дорожных карт по развитию квантовых вычислений они не окажут существенного влияния, — сообщил ТАСС председатель научного совета РАН «Квантовые технологии», академик Геннадий Красников.

По его словам, в Правительстве РФ этот вопрос ранее обсуждался и был проработан. Все поставленные до 2024 года задачи будут выполнены, добавил Красников.

Геннадий Красников считает, что Правительство РФ, Российская академия наук (РАН) и высшие учебные заведения должны работать как единый механизм в деле импортозамещения и достижения технологического суверенитета, о котором неоднократно говорил президент страны.^[13]

Правительство выделяет 100 млрд рублей на развитие квантовых технологий

Правительство РФ выделяет 100 млрд рублей на развитие квантовых технологий. Об этом вице-премьер Дмитрий Чернышенко сообщил 14 сентября 2022 года на совещании по развитию квантовых технологий в России в координационном центре при правительстве РФ.

Важно обеспечить возможность присоединения заинтересованных организаций к соглашениям (по развитию квантовых технологий с научными институтами и госкорпорациями - прим. ТАСС) в открытом формате... Напомню, что реализация соглашений финансируется в том числе и за счет государства. Это объем, установленный дорожными картами, - сказал Чернышенко (цитата по ТАСС).

По его словам, выделяемые на развитие квантовых разработок 100 млрд рублей рассчитаны на срок до 2025 года. Это существенные инвестиции, что подчеркивает важность для страны этих разработок. Основное условие - организации, которые заключили эти соглашения, должны обеспечить софинансирования в не меньшем объеме, чем государство, заявил заместитель председателя Правительства РФ.

Он также добавил, что к концу 2022 года Россия сможет создать квантовый процессор размером 16 кубитов. 100-кубитные компьютеры же удастся разработать к 2025 году.

Развитие квантовых технологий позволит на порядок уменьшить время разработки по многим направлениям прикладных исследований, в том числе в медицине, создании новых материалов, прогнозировании погодных явлений, сообщил Чернышенко.

Как передает «Интерфакс», по поручению президента правительство до 1 ноября должно актуализировать ключевые показатели и дорожные карты реализации заключенных с госкорпорациями и госкомпаниями соглашений о развитии сквозных технологий, обеспечив возможность присоединения заинтересованных организаций к соглашениям в открытом формате.^[14]

Минобороны РФ создало рабочую группу для использования квантовых технологий

В августе 2022 года стало известно о создании под эгидой департамента информационных систем Минобороны РФ рабочей группы, которая будет изучать возможности использования квантовых технологий в интересах оборонного ведомства. В рабочую группу войдут представители профильных ВУЗов, включая МТУСИ, МГУ им. М.В. Ломоносова и НИТУ МИСиС. Подробнее здесь.

Российские ученые создали библиотеку алгоритмов для разработки квантовых приложений

Российские ученые разработали набор алгоритмов, позволяющих быстро разрабатывать квантовые приложения и различные вычислительные системы для решения сложных задач, в том числе взломов шифров. Об этом TAdviser 28 июля 2022 года сообщили в НИТУ «МИСиС». Подробнее здесь.

Назначение куратором разработок в сфере искусственного интеллекта и квантовых вычислений Дмитрия Чернышенко

В конце июля 2022 года премьер-министр Михаил Мишустин распределил между вице-премьерами в ходе оперативного совещания кураторство над развитием различных высокотехнологичных направлений. Дмитрий Чернышенко назначен куратором таких высокотехнологичных направлений, как искусственный интеллект, квантовые вычисления и коммуникационные интернет-решения. Подробнее здесь.

Сотрудниками МТУСИ через многосердцевидное волокно одновременно реализовано несколько каналов квантовой связи

Сотрудники МТУСИ нашли применение многосердцевидному волокну в квантовой связи. Об этом МТУСИ сообщил 13 июля 2022 года. Подробнее здесь.

В России начинают обучать инженеров по квантовым вычислениям

Как стало известно в конце июня 2022 года, в наступающем учебном году Национальный исследовательский ядерный университет НИЯУ МИФИ запустит первую в Россию образовательную программу по квантовым технологиям. Она разработана Институтом лазерных и плазменных технологий (Институт ЛаПлаз) МИФИ при поддержке СП «Квант» и научном сопровождении Российского квантового центра и МИАН имени В.А. Стеклова. Подробнее здесь.

Создан узел российской квантовой сети для интернета будущего

НИТУ «МИСиС» провел демонстрацию работы узла отечественной квантовой сети, разработанного учеными Центра НТИ «Квантовые коммуникации». Показанный узел станет основой для создания демонстрационных квантовых компьютеров и прототипирования устройств квантового интернета. Об этом 9 июня 2022 года TAdviser сообщили в НИТУ «МИСиС». Подробнее здесь.

Российские ученые запатентовали архитектуру квантового процессора на основе кудитов

Группа ученых из Российского квантового центра получила патент на физическую реализацию квантового компьютера на основе кудитов — квантовых систем, способных одновременно находиться в более чем двух состояниях. Действие документа распространяется на территорию РФ до конца 2040 года. В ближайшее время исследователи также планируют подать заявку на международную регистрацию.

Квантовые вычислительные устройства используют такие явления квантовой физики как запутанность и суперпозиция, что позволяет квантовым битам (кубитам) находиться в двух состояниях — и 0, и 1 — одновременно, тем самым решая задачи, недоступные классическим компьютерам и суперкомпьютерам. Однако в физике существуют и расширенные версии кубитов — кудиты, способные принимать более двух состояний: 0, 1, 2, и другие.

Исследования в области использования кудитов для квантовых вычислений ведутся группой ученых из Российского квантового центра последние несколько лет. Получение патента позволит команде в перспективе подтвердить значимость отечественных разработок на мировом уровне и закрепить исключительное право на архитектуру созданного процессора. Ее особенность заключается в комбинации двух подходов к увеличению мощности квантового компьютера.

Первый подход предполагает замену кубитов эквивалентным количеством кудитов, второй — использование дополнительных уровней кудитов вместо отдельных вспомогательных кубитов (анцилл) для выполнения промежуточных вычислений. Патент защищает оптимальный способ сочетания подходов, предложенный учеными.

В мире над развитием кудитных квантовых процессоров работают только четыре команды. Американская Riggeti Computing использует кудиты на сверхпроводниках, ученые из Пекинского университета — на фотонах, австрийский стартап AQT и исследователи из Российского квантового центра — на ионах. В России работа по созданию кудитного квантового компьютера на ионах реализуется в рамках проекта Лидирующего исследовательского центра (ЛИЦ) при поддержке Российской венчурной компании.

«Использование кубитов для квантовых вычислений подразумевает некоторую идеализацию. Кудиты — более естественный выбор. Как показали наши исследования, при реализации квантовых алгоритмов кудиты позволяют существенно экономить ресурсы квантовых процессоров, что особенно актуально для текущего поколения устройств, — сообщил Алексей Федоров, соавтор патента, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре.

Российские ученые разработали метод создания квантовой запутанности

4 мая 2022 года НИТУ «МИСиС» сообщил, что его ученые разработали метод формирования связи между многоуровневыми квантовыми битами, позволяющий обеспечить устойчивый обмен информацией между ними. Технология может лечь в основу производства коммерческих квантовых компьютеров. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review B.

Квантовый компьютер - это устройство, хранящее и обрабатывающее информацию внутри группы квантовых систем, каждая из которых, как правило, является двухуровневой и называется «квантовый бит» или «кубит» (англ. «qubit» — quantum bit). Однако, кроме кубитов, существуют также более сложные единицы квантовой памяти, так называемые кутриты и кукварты, состоящие из трех и четырех уровней соответственно. В теории использование таких единиц хранения и обработки информации позволит создавать более эффективные и компактные квантовые процессоры, но создание устойчивой связи между ними представляет ряд сложностей. В 2021 году российские ученые продемонстрировали ионный квантовый процессор на основе куквартов.

Группа физиков под руководством Алексея Федорова, научного сотрудника НИТУ «МИСиС» и руководителя научной группы РКЦ, разработала метод, позволяющий формировать связи (так называемую квантовую запутанность) между произвольными трехуровневыми кубитами. Работа поддержана программой Исследовательского центра по квантовым вычислениям.

Предложенный российскими учеными подход основан на методе, который ранее их коллеги из США применили для создания так называемых кристаллов времени - структуры из 20 кубитов, состояниями которых они управляли с помощью микроволнового излучения. Кубиты при этом расположены относительно друг друга таким образом, что их спины постоянно взаимодействуют, а внешнее воздействие обеспечивает продолжительность этого взаимодействия. Важная особенность такой системы перед аналогами заключается в том, что силу взаимодействия кубитов с внешним полем и друг с другом можно легко настраивать.

Российские ученые в своей работе продемонстрировали, что аналогичные цепочки взаимодействий между квантовыми объектами и особо устроенными импульсами электромагнитного излучения можно использовать для формирования связей между парами произвольных кутритов, которые удалены друг от друга на большое расстояние.

При этом эффективность предложенного метода создания квантовой запутанности между кутритами, по словам ученых, можно будет проверить при помощи существующих аналоговых компьютеров.

«Мы разработали протокол, позволяющий связывать отдельные кутриты в одномерных цепочках из подобных объектов. Мы ожидаем, что его работу можно будет проверить при помощи уже существующих аналоговых квантовых компьютеров, построенных на базе, например, нейтральных атомов или ионов. Такой подход формирования квантовой запутанности интересен с точки зрения создания необычных квантовых фаз материи, а также как необходимый элемент для квантовых вычислений», - поясняет Алексей Федоров.

Как полагают авторы работы, подтверждение эффективности созданного ими протокола позволит использовать подобные структуры для создания коммерческих квантовых компьютеров на базе многоуровневых кубитов.

Российские ученые предложили актуальный подход к масштабированию квантовых компьютеров

6 апреля 2022 года «Российский квантовый центр» сообщил, что группа его ученых продемонстрировала возможность масштабирования квантовых компьютеров, не наращивая количество квантовых носителей информации, а используя их дополнительные уровни. Результаты эксперимента, проведенного при поддержке Российского научного фонда, опубликованы в международном журнале в области физики Physical Review A.

Главная особенность квантовых вычислений - способность на порядки быстрее решать определенные классы задач. Если классический бит находится в состоянии 0 или 1, то квантовый бит (кубит) способен принимать оба состояния сразу: и 0, и 1. Это свойство, наряду с квантовой запутанностью, позволяет квантовым вычислительным устройствам по мере увеличения числа кубитов наращивать мощность экспоненциально.

Вместе с тем, основным барьером для эффективного применения технологии остается недостаточное количество кубитов, связанное со сложностью контроля множества независимых частиц. Так, для решения оптимизационных задач необходимы тысячи кубитов, для анализа структуры кофактора нитрогеназы - 4 млн кубитов, а для взлома криптографического алгоритма RSA - около 20 млн кубитов.

В ходе исследования ученые предложили оптимальную схему для реализации одной из ключевых операций, используемой практически во всех квантовых алгоритмах - гейта Тоффоли. Однако вместо кубитов физики применили разновидность многоуровневых квантовых систем (кудитов) - кутриты. В отличие от кубитов, кутриты могут находиться в 3 состояниях одновременно, что позволяет повысить производительность вычислений и качество квантовых операций. Схема была продемонстрирована на сверхпроводниковом квантовом компьютере. Полученные результаты позволят значительно ускорить внедрение квантовых вычислений в индустриальную среду.

«Реализация кубитов с помощью реальных физических систем предполагает определенную идеализацию - количество уровней в атомах, ионах, сверхпроводниковых цепочках и других системах обычно больше двух. Идея кудитных квантовых процессоров состоит в том, чтобы использовать дополнительные уровни физических систем для увеличения качества реализации квантовых операций и «более плотного» кодирования квантовой информации. Для демонстрации схемы был выбрал сверхпроводниковый квантовый компьютер. В России в рамках проекта Лидирующего исследовательского центра (ЛИЦ) идет работа по созданию кудитного квантового компьютера на ионах», - сообщил Алексей Федоров, автор исследования, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» в «Российском квантовом центре».

2021

В «Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова» состоялся запуск «Университетской квантовой сети»

16 декабря 2021 года компания «ИнфоТеКС» сообщила, что в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова состоялся торжественный запуск Университетской квантовой сети (УКС) — проекта построения квантовой защищенной системы связи.

По информации компании, УКС — это первая в России сеть связи, построенная на основе квантовой криптографической системы выработки и распределения ключей ViPNet QSS, — совместной разработки компании «ИнфоТеКС» и Центра компетенций НТИ — Центра квантовых технологий физфака МГУ имени М.В. Ломоносова. Подробнее здесь.

В России создали технологию развертывания бюджетной квантовой сети

Ученые Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСиС, МФТИ и РКЦ разработали архитектуру квантовой сети, которая позволяет на 28% снизить стоимость ее развертывания и обслуживания за счет использования оптических переключателей и уменьшения количества устройств квантового распределения ключей. Результаты работы опубликованы в научном журнале Optics Express. Об этом МИСиС сообщил TAdviser 21 октября 2021 года. Подробнее здесь.

Запуск экосистемной межвузовской квантовой сети в России

14 октября 2021 года стало известно о том, что в России запущена первая экосистемная межвузовская квантовая сеть.

Проект по созданию открытой квантовой сети реализуется участниками консорциума Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Квантовые коммуникации», созданного на базе НИТУ «МИСиС»: МТУСИ, ООО «КуРэйт», ООО «Код Безопасности».

Межвузовская квантовая сеть состоит из пяти узлов, расположенных в корпусах НИТУ «МИСиС» и МТУСИ, она имеет открытую архитектуру и масштабируется по мере появления участников. Доступ к сети получают вузы, научные организации, индустриальные партнеры, государственные учреждения и студенческие стартапы. На базе сети они могут разрабатывать софтверные приложения в сфере информационной безопасности с применением квантовых ключей.

Конфигурация квантово-защищенного канала связи соответствует принятой в индустриальных сетях. На оптоволокне между доверенными узлами реализуется метод квантового распределения ключей (КРК) со скоростью 30 кбит/с, что позволяет подключить более 10 высокоскоростных шифраторов одновременно.

Разработчики продемонстрировали, что можно уже на октябрь 2021 года удаленно управлять роботом-манипулятором по оптическому каналу связи, защищенному от атак с помощью технологии квантового распределения ключей. В будущем это позволит передавать, к примеру, конструкторские решения и техническую документацию между географически удаленными производственными площадками и офисами концернов по всему миру.

В планах консорциума Центра НТИ – привлечь участников, которые могут подключиться к сети уже с 14 октября. Вместе они смогут доработать архитектуру квантовой сети до «кольца», что даст иные возможности для ее развития. Преимущество такой топологии в том, что при обрыве оптоволокна связность сети не теряется и данные направляются по резервному каналу. Кроме того, на базе «колец» можно строить более сложную по архитектуре городскую сеть, когда один узел работает на множество потребителей – банковские и финансовые организации, телеком-операторов, представителей бизнеса в сфере топливно-энергетического комплекса, транспорта, технологий.

Важно отметить, что удаленный доступ к квантовой сети будет бесплатным и для представителей государства, и для корпоративного сектора, и даже для частного бизнеса. Мы хотим, чтобы протестировать программные решения с использованием квантовых ключей могли все желающие. В будущем подключиться по оптике к сети между НИТУ «МИСиС» и МТУСИ смогут и другие организации в пределах 100 км. Скорость передачи ключа будет зависеть от качества и новизны оптоволокна. На октябрь 2021 года мы говорим примерно о 30 кбит/с», — отметил исполнительный директор QRate Павел Воробьев.

Особенность первой экосистемной квантовой сети заключается в реализации открытого подхода и создании практической пользы для каждого участника. Так, любой разработчик программных решений в области защиты передачи и хранения информации сможет воспользоваться этой инфраструктурой и отладить свой программный код. Или создать приложение, например, для интернета вещей на основе квантовых ключей и здесь же продемонстрировать его потенциальным клиентам. В результате, заказчики инвестируют в полезное программное обеспечение, а это, как следствие, ускорит развитие рынка квантовых коммуникаций, — прокомментировал Юрий Курочкин, директор Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС».

В 2018 году на базе университета был открыт Центр НТИ «Квантовые коммуникации», который возглавил к.ф-м.н. Ю. В. Курочкин. Центр занимается научными исследованиями, подготовкой специалистов в области квантовых коммуникаций. В 2021 году ученые Центра совместно с коллегами из МТУСИ, компаний «КуРэйт» и «Код безопасности» запустили первую в России квантовую сеть с открытым доступом, которая станет частью проекта по созданию программных решений для защиты информации, – отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

Для нас, как для отраслевого университета, очень важно, что российские ученые получают возможность проводить свои исследования в области квантовых коммуникаций на реальной оптической сети. Для операторов связи и производителей телекоммуникационного оборудования с элементами квантовых технологий появляется возможность тестировать свое оборудование на реальной сети, а не только в лабораторных условиях, — подчеркнул ректор МТУСИ Сергей Ерохин.

Лишь синергия ИБ-специалистов, ученых и внимание со стороны государства сможет реализовать потенциал квантовых коммуникаций. Мы рады сделать первый шаг в этом направлении, реализовав проект межвузовского канала связи с квантовым шифрованием, — сказал Андрей Голов, генеральный директор ООО «Код Безопасности».

В Москве запущена квантовая сеть

9 августа 2021 года было объявлено о запуске в Москве квантовой сети. Они соединяет университеты МТУСИ и НИТУ «МИСиС». Проект реализован членами консорциума Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС»: МТУСИ, ООО «КуРэйт» и ООО «Код Безопасности». Подробнее здесь.

«Национальная квантовая лаборатория» за 6 месяцев создала прототип квантового компьютера

В конце апреля 2021 года консорциум «Национальная квантовая лаборатория» (создан под эгидой «Росатома» при участии ВШЭ, МИСиСа, МФТИ и других организаций) сообщил о создании прототипа квантового компьютера. Была собрана платформа из 20 ионов. Создание полноценного квантового процессора на ионах ожидается до конца 2024 года. Подробнее здесь.

Запуск двух квантовых облачных платформ для бизнеса и разработчиков в РФ

27 апреля 2021 года МГУ им. Ломоносова и Российский квантовый центр (РКЦ) объявили о запуске двух квантовых облачных платформ, которые предназначены для использования разработчиками и компаниями в коммерческих целях. Подробнее здесь.

Создание единой цифровой платформы по квантовым технологиям

26 апреля 2021 года стало известно о создании в России единой цифровой платформы по квантовым технологиям. Она предназначена для обмена разработчиков опытом и наработками, сообщил вице-премьер России Дмитрий Чернышенко на совещании с представителями госкорпорации «Росатом» во главе с генеральным директором Алексеем Лихачевым и Минцифры ПФ.

Чернышенко отметил, что финансирование дорожной карты «Квантовые вычисления» в рамках федерального проекта «Цифровые технологии» нацпрограммы «Цифровая экономика» до 2024 года запланировано в объеме более 23 млрд рублей (включая бюджетные и внебюджетные средства).

Замглавы Минцифры руководитель проекта «Цифровые технологии» Максим Паршин, слова которого также приводятся в сообщении аппарата вице-премьера, отметил, что Россия вошла в круг стран, которые системно развивают квантовые технологии. Он пояснил, что «Квантовые вычисления» - первая из утвержденных дорожных карт федерального проекта «Цифровые технологии». В рамках национальной программы «Цифровая экономика» на ее реализацию в 2020 году было выделено 3,7 млрд рублей, внебюджетное финансирование со стороны «Росатома» составило 2 млрд рублей.

В аппарате Чернышенко сообщили, что мероприятия дорожной карты по развитию квантовых вычислений в 2020 года были реализованы в полном объеме. К концу апреля 2021 года созданы 1–2 кубитные системы, являющиеся необходимой базой для дальнейшего масштабирования, при это работа идет одновременно в нескольких направлениях – над сверхпроводниками, нейтральными атомами, ионами и фотонами. Десять проектов по разработке квантового компьютера прошли международную экспертизу из 14 ведущих ученых США, Германии, Франции, Дании, Нидерландов, Швейцарии, Сингапура, Испании и Израиля. ^[15]

«Транстелеком» построил квантовую сеть Москва – Петербург

«Транстелеком» построил квантовую сеть Москва – Петербург. Об этом стало известно 19 апреля 2021 года со слов заместителя гендиректора «Транстелекома» (дочерняя компания РЖД) Алексея Ноздрина. Подробнее здесь.

Завершение строительства квантовой линии связи между Москвой и Санкт-Петербургом

19 апреля 2021 года «Транстелеком» сообщил о завершении строительства квантовой линии связи между Москвой и Санкт-Петербургом. Оператору связи осталось провести только пусконаладочные работы, рассказал заместитель генерального директора компании Алексей Ноздрин. Подробнее здесь.

В МФТИ создана квантовая интегральная схема на основе пяти сверхпроводниковых кубитов

В лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ создана квантовая интегральная схема на основе пяти сверхпроводниковых кубитов. Об этом МФТИ сообщил 31 марта 2021 года. Она является важным шагом на пути создания полномасштабных универсальных квантовых процессоров и симуляторов. Эту полностью управляемую многокубитую квантовую схему можно считать прототипом квантового процессора. Подробнее здесь.

Ученые НИТУ МИСиС, РКЦ и Технологического института Карлсруэ разработали квантовый сенсор

Ученые НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра и Технологического института Карлсруэ разработали квантовый сенсор, позволяющий обнаруживать дефекты в работе квантовых систем. Разработка может стать шагом к созданию полноценного квантового компьютера. Об этом НИТУ МИСиС сообщил 3 марта 2021 года. Подробнее здесь.

2020

Мишустин утвердил правила получения субсидий на разработку квантовых процессоров

В ноябре 2020 года премьер-министр Михаил Мишустин утвердил правила получения субсидий на разработку квантовых процессоров. Соответствующее постановление, подписанное главой кабмина, называется «Об утверждении Правил предоставления субсидий из федерального бюджета на разработку прототипов квантовых процессоров в соответствии с мероприятиями дорожной карты «Квантовые вычисления».

В документе, опубликованном на официальном портале правовой информации, среди прочего перечисляются следующие требованиям для претендентов на субсидии:

• юрлицо должно обладать чистыми активами в размере не менее 100 млрд рублей;
• обладать собственной инфраструктурой для реализации высокотехнологичных проектов;
• иметь в штате специалистов с опытом реализации высокотехнологичных проектов не менее пяти лет;
• обладать опытом реализации международных высокотехнологичных проектов, стоимость которых превышает 1 млрд рублей.

Размер субсидии определяется как сумма затрат в пределах установленных на 2020-2024 годы процентных ограничений, в частности:

• на оплату труда работников, непосредственно занятых выполнением мероприятий дорожной карты, а также затраты на страховые взносы (не превышающие 0% 2020 году, 5% в 2021 году, 5% в 2022 году, 5% в 2023 году, 5% в 2024 году);
• капитальные вложения, включающие в себя расходы на приобретение оборудования, программного обеспечения, комплектующих изделий и инструмента, расходы на оплату работ (услуг) сторонних контрагентов для проведение НИОКР (не превышающие 100% в 2020 году, 100% в 2021 году, 95% в 2022 году, 95% в 2023 году, 95% в 2024 году);
• текущие затраты (не превышающие 0% в 2020 году, 5% в 2021 году, 5% в 2022 году, 5% в 2023 году, 5% в 2024 году), включающие, в числе прочего: обслуживание оборудования, покупку комплектующих изделий, сырья, стажировку, организацию конференций, поддержку стартапов, лабораторий и команд - разработчиков квантовых вычислений.

Получатели субсидии отбираются Росатомом по результатам конкурсного отбора.^[16]

«Ростех», «Росатом» и РЖД получат деньги из госбюджета на 5G и квантовые технологии вместо институтов развития

В начале ноября 2020 года стало известно о том, что «Ростех», «Росатом» и РЖД получат деньги из госбюджета на 5G-сети и квантовые технологии вместо институтов развития. Об этом говорится в новой версии паспорта федерального проекта «Цифровые технологии» нацпрограммы «Цифровая экономика» РФ. Подробнее здесь.

Ростех вступил в проект БРИКС по созданию межконтинентального канала квантовой связи

Холдинг «Швабе» Госкорпорации Ростех присоединился к научно-исследовательскому проекту БРИКС по квантовым коммуникациям. Об этом Ростех сообщил 29 октября 2020 года.

Планируется создать межконтинентальный спутниковый канал квантовой связи с применением элементов макро- и волоконной оптики, который покроет расстояние более 10 тыс. км.

Работы по созданию экспериментальных компонентов оборудования и инфраструктуры гибридных каналов квантовых коммуникаций на основе технологии волоконно-оптической и спутниковой связи проводятся международным научным консорциумом, куда вошли эксперты из ЮАР, Индии, Китая и России. Проект реализуется в рамках международного гранта БРИКС при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. От холдинга «Швабе» в нем участвует АО «Научно-производственное объединение Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова» (АО «НПО ГОИ им. С.И. Вавилова»).

Это действительно особенная научно-исследовательская работа, объединившая ведущих ученых четырех стран. ЮАР выступает головным исполнителем проекта, Китай отвечает за направление спутниковой квантовой связи, Индия – за моделирование волоконно-оптических коммуникаций. Наши специалисты в составе российской научной группы разрабатывают инновационное оптическое волокно. Результатом этой масштабной кооперации станет межконтинентальный канал квантовых коммуникаций, который свяжет университеты-участники проекта в ЮАР и Китае – расстояние между вузами превышает 10 тыс. км. Это будет первый подобный опыт в мире, – рассказал директор по международному сотрудничеству и региональной политике Ростеха Виктор Кладов.

Научно-исследовательская работа «Спутниковая и волоконно-оптическая связь квантовых коммуникаций», соисполнителем по которой выступает НПО ГОИ им. С. И. Вавилова, рассчитана на три года.

Для этого проекта специально разрабатываются волоконно-оптические элементы, в том числе для формирования и трансляции оптических вихрей в приложении квантовых коммуникаций. От успеха этой работы зависит будущее развитие науки и техники в целом и оптико-электронной отрасли в частности. Межнациональная кооперация заметно укрепит профессиональную связь между российскими и иностранными учеными, – добавил заместитель генерального директора «Швабе» по НИОКР, руководитель приоритетного технологического направления по технологиям оптоэлектроники и фотоники Сергей Попов.

Головным исполнителем проекта с российской стороны является ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики». В научно-исследовательскую группу, помимо структуры Ростеха, также вошел Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева.

Правкомиссия по цифровому развитию утвердила дорожную карту РЖД по квантовым коммуникациям

Правительственная комиссия по цифровому развитию, использованию информационных технологий для улучшения качества жизни и условий ведения предпринимательской деятельности утвердила дорожную карту РЖД по развитию квантовых коммуникаций. Об этом железнодорожный перевозчик сообщил 4 сентября 2020 года. Подробнее здесь.

В России создают квантовый компьютер с облачным доступом

24 августа 2020 года стало известно о реализации в России двух программ создания квантового компьютера с облачным доступом и сенсорных доверенных систем. Проекта обсуждались на площадке АНО «Цифровая экономика» в рамках рассмотрения новых лидирующих исследовательских центров (ЛИЦ). Подробнее здесь.

РВК предоставила 300 млн рублей на разработку квантового интернета в России

В конце апреля 2020 года стало известно о том, что РВК предоставила Университету ИТМО грант в размере 300 млн рублей на разработку платформы для квантового интернета. Речь идёт об аппаратно-программном решении под названием «Квантовая коммуникационная платформа цифровой экономики», которое развивается при поддержке РЖД. Запустить пилотную зону на инфраструктуре РЖД для внедрения платформы планируется в 2021 году. Подробнее здесь.

Российские ученые разработали платформу для наноэлектроники и квантовых процессоров

26 марта 2020 года ДВФУ сообщил TAdviser, что ученые Школы естественных наук университета (ШЕН ДВФУ) вместе с коллегами из Китайской академии наук разработали крестообразную микроструктуру из платины, кобальта и оксида магния, которая может работать в режиме троичной логики («да» — «нет» — «не знаю»). На ее основе можно будет строить миниатюрные устройства электроники и спинтроники, квантовые процессоры, оперирующие кутритами (три состояния в отличие от кубитов) и нейроморфные системы, имитирующие функционал человеческого мозга. Подробнее здесь.

Новый глава IBM усомнился в возможности России создать квантовый компьютер

20 февраля Арвинд Кришна, который с 6 апреля возглавит IBM, выразил сомнение в способности России создать свой квантовый компьютер. По его словам, IBM на десятилетие опережает всех в мире в части развития таких технологий.

Я очень уважаю Россию. Когда я учился в аспирантуре, я прочитал много учебников и материалов, которые написали русские математики и физики. Но насколько это можно использовать? Может ли квантовый компьютер быть создан по доступной цене — это большой вопрос, — заявил он в интервью РИА Новости.

Будущий глава IBM напомнил, что Россия объявила о планах инвестировать несколько миллиардов долларов в создание квантовых компьютеров. То же самое сделали США, Британия и Канада, у Китая есть программа на $10 млрд.

Каждая страна объявила о своих программах по созданию квантовых компьютеров… Я думаю, это не значит, что у них есть возможность сделать это, — сообщил топ-менеджер IBM.

По его мнению, для существенного прогресса в области квантовых технологий необходимы инновации в области современного экспериментального материаловедения и соответствующие научные компетенции.

К числу основных конкурентов IBM в области разработки квантовых технологий Кришна отнёс Google, Honeywell и китайские компании, которые уже протестировали квантовую связь.

В то же время он не исключил возможность сотрудничества IBM с Россией по квантовым технологиям и оговорился, что создание партнёрских связей зависит от геополитической ситуации.

Я думаю, что все возможно, но я держусь подальше от геополитики. Наука, к сожалению, зависит от геополитики и экспортного контроля. Как корпорация, мы хотим работать с кем угодно, если технологии используются во благо, а не военными, — сказал он.

РИА Новости отмечает, что к февралю 2020 года IBM создала квантовые системы с 53-ю кубитами, а в активе российских ученых — разработка на двух кубитах.^[17]

Российские учёные научили искусственный интеллект «видеть» квантовые преимущества

Российские ученые из МФТИ, ФТИАН и ИТМО создали нейросеть, которая научилась предсказывать поведение квантовой системы, «взглянув» на схему этой системы. Об этом 16 января 2020 года МФТИ сообщил TAdviser. Такая нейросеть самостоятельно находит те решения, которые хорошо подходят для демонстрации квантовых преимуществ. Это поможет исследователям разрабатывать эффективные квантовые компьютеры. Подробнее здесь.

2019

Разработка «Росатомом» квантового компьютера за 24 млрд рублей

В начале ноября 2019 года стало известно о начале разработки «Росатомом» квантового компьютера. Его создание обойдется в 24 млрд рублей, из которых 13,3 млрд рублей — бюджетные средства, рассказала «Ведомостям» директора по цифровизации госкорпорации Екатерина Солнцева. Подробнее здесь.

В НИТУ «МИСиС» заработал прототип квантового компьютера

2 октября 2019 года стало известно, что в НИТУ «МИСиС» заработал первый в России прототип квантового компьютера. Устройство на двух кубитах выполнило заданный алгоритм, превысив ранее известный предел точности на 3%. В качестве основы для кубитов были взяты сверхпроводящие материалы. Подробнее здесь.

Бюджет на развитие квантовых технологий в России оценили в 44 млрд рублей

23 мая 2019 года стало известно о плане развития квантовых технологий, который разработали Российский квантовый центр (РКЦ) и НИТУ МИСиС совместно с экспертами. Согласно этому плану, к 2024 году Россия должна сократить отставание в квантовой области, а на это потребуется 43,85 млрд руб.

Почти половина указанной суммы (21,41 млрд рублей) необходима на гранты на проекты по разработке и применению технологий, 6,8 млрд рублей — на проекты по внедрению, 5,4 млрд рублей — на поддержку исследовательских центров, 4,42 млрд рублей — на поддержку компаний-лидеров, говорится в презентации плана, которая попала в распоряжение газеты «Коммерсантъ».

В ней указано, что к 2024 году Россия станет значимым игроком на рынке квантовых технологий. Так, по некоторым направлениям удастся не только сократить отставание, но и «выйти на мировой уровень», например, заняв 8% глобального рынка квантовых коммуникаций.

Эксперты предлагают создать для развития технологий отдельную структуру. Ее учредителями могут стать АНО «Цифровая экономика», Российская венчурная компания, «Ростех», «Росатом», «Ростелеком», Газпромбанк, Сбербанк и «Сколково». Среди возможных участников проектов в качестве исполнителей и заказчиков — «Яндекс», Mail.ru Group и сотовые операторы.

«Ростелеком» будет заниматься квантовыми коммуникациями, видит коммерческий потенциал в этой технологии и уже начал «масштабную серию тестирования решений российских вендоров, обеспечивающих квантовое шифрование», сообщили «Коммерсанту» в компании и отметили, что начало коммерческого использования технологии зависит от сертификации оборудования и решений, это небыстрый процесс.

В «Инфотексе» рассказали изданию, что готовы участвовать в разработке и пилотном внедрении систем квантового распределения ключей и средств криптографической защиты информации на их основе.^[18]

Одобрена дорожная карта развития технологий квантовой обработки информации

В Фонде перспективных исследований в марте 2019 года состоялось заседание межведомственной рабочей группы по технологиям квантовой обработки информации при Совете по приоритетному направлению Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации "Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создания систем обработки больших объёмов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта".

В заседании приняли участие представители федеральных органов исполнительной власти, государственных корпораций, и научных организаций. Участники заседания одобрили проект дорожной карты развития технологий квантовой обработки информации в Российской Федерации. Документ разработан с целью получения в среднесрочной и долгосрочной перспективе практически значимых научно-технических результатов мирового и опережающего уровня в областях квантовых вычислений, квантового моделирования, квантовых коммуникаций и квантовой криптографии.

По словам руководителя направления информационных исследований Фонда перспективных исследований Максима Вакштейна, взаимная увязка планируемых и уже выполняемых работ в рамках единой дорожной карты обеспечит повышение эффективности проводимых исследований за счет координации работ, проводимых отдельными отечественными научными коллективами, консолидации ресурсов основных государственных заказчиков и стандартизации требований, предъявляемых к технологиям квантовой обработки информации. Также дорожная карта будет способствовать формированию благоприятной среды для развития профессионального сообщества и системной подготовки кадров.

Среди ключевых реализуемых сегодня в России проектов в области технологий квантовой обработки информации – совместный проект Фонда перспективных исследований и МГУ им. М.В. Ломоносова по созданию демонстраторов 50-кубитных квантовых компьютеров на основе нейтральных атомов и интегральных оптических схем. Проект стартовал в октябре 2018 года, на данный момент на базе лаборатории квантовых оптических технологий физического факультета МГУ успешно проведен первый контрольный эксперимент по созданию ловушек для массивов нейтральных холодных атомов. Проект по созданию квантового компьютера рассчитан на срок до 2021 года^[19].

Успешный эксперимент МГУ по созданию ловушек для массивов нейтральных холодных атомов

18 января 2019 года стало известно, что в МГУ им. М. В. Ломоносова был успешно осуществлен эксперимент по созданию ловушек для массивов нейтральных холодных атомов. Эксперимент является частью работ по созданию 50-кубитного квантового компьютера.

Ранее в МГУ был запущен проект по созданию демонстраторов 50-кубитных квантовых компьютеров. Основой для них послужат нейтральные атомы и интегральные оптические схемы. Проект рассчитан на срок до 2021 г.

Контрольный эксперимент по созданию ловушек для массивов нейтральных холодных атомов был проведен на базе лаборатории квантовых оптических технологий физического факультета МГУ. В будущем квантовом компьютере в этих ловушках будут фиксироваться атомы, находящиеся в состоянии хаотического движения. В квантовых компьютерах такие атомы являются носителями информации.

Как известно, квантовые компьютеры в отличие от классических вычислительных машин оперируют не битами, а кубитами, которые могут находится не только в состояниях «1» и «0», но и их суперпозиции. При разработке квантовых вычислительных устройств ученые стараются ввести кубиты в состояние квантовой запутанности. Суть явления заключается в том, что изменение одного кубита всегда влияет на состояние связанных с ним соседей. Благодаря этому квантовые компьютеры потенциально способны демонстрировать высокую производительность в вычислениях.

Важной вехой для квантовых технологий считается достижение так называемого квантового превосходства (Quantum supremacy) — способности производить вычисления быстрее классических систем. Главной проблемой квантовых технологий на текущем этапе развития является возникновение в процессе работы большого количество ошибок, нуждающихся в коррекции^[20].

2018

Разработка комплекса стандартов в области квантовых коммуникаций, ИИ и умного города

Технический комитет «Кибер-физические системы» на базе РВК совместно с Региональным инжиниринговым центром «СэйфНет» 6 декабря 2018 года начали разработку комплекса стандартов для рынков Национальной технологической инициативы (НТИ) и цифровой экономики. К марту 2019 года планируется разработать документы технической стандартизации в области квантовых коммуникаций, искусственного интеллекта и «умного города», сообщили в РВК. Подробнее здесь.

Соглашение о создании 50-кубитного квантового компьютера

15 февраля 2018 года Внешэкономбанк, «ВЭБ-Инновации», Фонд перспективных исследований, МГУ имени М.В.Ломоносова и АНО «Цифровая экономика» подписали соглашение о реализации комплексного научно-технического проекта по созданию в России многокубитного (не менее пятидесяти кубитов) оптического квантового симулятора на основе фотонных чипов и нейтральных атомов.

Основными направлениями сотрудничества в рамках соглашения станут обеспечение ресурсной поддержки реализации проекта, координирование научно-технических задач и содействие внедрению созданных результатов. Кроме того, в рамках реализации проекта будет обеспечено развитие необходимой научно-исследовательской и технологической инфраструктуры, а также проведение консультаций, рабочих встреч и других мероприятий для постановки и выполнения прикладных задач в сфере квантовых технологий.

Согласно современным представлениям, создание квантового компьютера на 50 кубитов позволит достичь квантового превосходства: это означает, что такой компьютер будет демонстрировать вычислительную мощность, которой невозможно достичь при использовании самых современных компьютеров, оперирующих битами.

Эксперименты с квантовыми компьютерами уже проводятся, однако их вычислительные способности пока уступают возможностями привычной нам вычислительной техники, — отметил Андрей Григорьев, генеральный директор Фонда перспективных исследований. — Для достижения прорывных результатов необходимо развивать все существующие технологии физической реализации квантовых вычислителей. В России работают несколько научных групп, обладающих сильным научно-техническим заделом и опытом реализации практических проектов в сфере квантовых технологий. Объединение их усилий с возможностями институтов развития и государственных фондов позволит получить прикладные результаты уже в ближайшее время.

По словам Кирилла Булатова, генерального директора компании «ВЭБ Инновации», в рамках соглашения будут создаваться научные коллаборации и форматы взаимодействия между российскими организациями, работающими в сфере квантовых технологий.

Подписываемое соглашение по созданию квантового компьютера станет тем вызовом, который даст импульс для объединения сильнейших участников в сфере квантовых технологий. Документально закрепленные основы сотрудничества позволят сконцентрировать лучшие умы и силы различных научных учреждений и компаний для технологического рывка России в цифровую экономику, — заявил генеральный директор АНО «Цифровая экономика» Евгений Ковнир.

2017

В России представлен квантовый телефон ViPNet

13 декабря 2017 года компания ИнфоТеКС сообщила о представлении «Квантового телефона ViPNet» – системы, демонстрирующей интеграцию аппаратуры квантового распределения ключей.

Продукт разработан в лаборатории квантовых оптических технологий физфака МГУ, и VPN ViPNet (на примере двух продуктов – ViPNet Client и ViPNet Connector). Квантовый телефон ViPNet позволяет соединять рабочие станции с установленным ПО ViPNet и шифровать трафик между ними с использованием квантового распределения ключей. Квантовое распределение ключей позволяет обеспечить высокий уровень безопасности при передаче данных по недоверенным (публичным) каналам связи, помогает устранить угрозу вычисления ключей защиты на квантовых компьютерах.

Ученые из России и США создали 51-кубитный квантовый компьютер

В июле 2017 года стало известно о том, что группа ученых из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина, профессора физики из Гарварда и сооснователя Российского квантового центра, создала и проверила программируемый квантовый компьютер на базе 51 кубита, став, таким образом, лидером среди участников «квантовой гонки».

По словам Михаила Лукина, он и его коллеги использовали кубиты на основе «холодных атомов», которые удерживались оптическими «пинцетами» — специальным образом организованными лазерными лучами. Большинство современных квантовых компьютеров основаны на использовании сверхпроводящих кубитов на базе контактов Джозефсона.

Лукину и его коллегам удалось решить с помощью своего квантового вычислителя задачу моделирования поведения квантовых систем из множества частиц, которая была практически нерешаема с помощью классических компьютеров. Более того, в результате им удалось предсказать несколько ранее неизвестных эффектов, которые затем были проверены с помощью обычных компьютеров. В итоге ученым удалось найти способ приближенных вычислений, которые помогли получить сходный результат на классическом компьютере.

В ближайшее время ученые намерены продолжить эксперименты с квантовым компьютером, возможно, они попытаются использовать эту систему для проверки алгоритмов квантовой оптимизации, которые позволяют превзойти существующие компьютеры.

В Казани испытали «квантовый телефон»

Сотрудники Казанского авиационного института (КАИ) и Санкт–Петербургского НИУ информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) представили в начале 2017 года в Казани квантовую сеть, состоящую из четырех узлов, и провели ее испытания, в частности, используя ее как телефон, который невозможно прослушать^[21].

Такие сети начали появляться в России в 2014 году: первые проекты были осуществлены столичными университетами. Пилотные тестирования казанской сети были проведены в августе 2016 года. Сейчас ученые доработали сеть, и она полностью функционирует. Два узла находятся в КАИ, еще два – на берегах реки Казанки. В рамках испытаний по каналам сети передавались файлы и различные команды, затем для тестирования аудиосвязи сеть использовали в качестве телефона.

По словам директора Казанского квантового центра Сергея Моисеева, ученые КАИ уже 15 лет изучают квантовую память, а их коллеги из ИТМО заинтересовались их разработками для создания сети коммуникаций на больших расстояниях. Сейчас ученые планируют улучшать скорость и дальность квантовых каналов, а также искать новые практические применения технологии.

2016

В Московской области квантовую связь испытали между двумя городами

5 октября 2016 года пресс-служба Фонда перспективных исследований сообщила об испытаниях системы квантовой коммуникации между двумя городами Московской области. Участники проекта: МГУ, Ростелеком и Фонд перспективных исследований.

Трехнедельные испытания автоматической системы квантового распределения криптографических ключей на основе стандартных линий связи ПАО «РОСТЕЛЕКОМ» проведены в Московской области: между городами наладили обмен сообщениями, зашифрованными посредством квантовых технологий. Квантовая связь работала между Ногинском и Павловским Посадом на оптоволоконной линии длиной 32 км.

Основная цель испытаний - демонстрация возможностей долговременной и устойчивой работы системы квантового распределения криптографических ключей на основе стандартной инфраструктуры. Испытания показали стабильность работы системы на оптоволоконных линиях ПАО «Ростелеком» между городами Московской области, Ногинском и Павловским Посадом, в автоматическом режиме.

Проведенные испытания имеют принципиальное значение для развития всей отрасли квантовых технологий. В ходе испытаний были продемонстрированы «три кита» современной квантовой связи. Во-первых, осуществлено распределение симметричных криптографических ключей в соответствии с ГОСТ. Распределение ключей происходило в режиме квантовой сети, когда идентичные ключи генерировались у пар абонентов по их запросу. Во-вторых, квантовая связь осуществлялась между двумя конкретными населенными пунктами – городами Московской области. В-третьих, система работает в полностью автоматическом режиме, без участия оператора. Сергей Кулик, руководитель лаборатории квантовых оптических технологий МГУ, профессор, член комиссии по проведению испытаний

Участие оператора потребовалось при первом запуске системы и настройке ее основных параметров, в зависимости, например, от расстояния между абонентскими пунктами. Все значения параметров работы системы тестируются и поддерживаются автоматически: система подстраивает их в зависимости от колебаний показателей оптоволоконной линии. Во время испытаний использовали клиент-серверный вариант системы, позволяющий добиться её долговременной и стабильной работы и минимизировать стоимость клиентского узла.

Ключи распределялись между центральным сервером и несколькими клиентскими узлами: последовательно получаемые на различных узлах, ключи специальным образом синхронизировались, что позволило абонентам напрямую обмениваться сообщениями, зашифрованными в соответствии с российским национальным стандартом. Система обеспечивает криптографические свойства, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 28147-89.

Система, в составе которой есть серверная станция с возможностью коммутации между 32 клиентскими узлами, использует оригинальный отечественный протокол передачи данных. Его криптографическая стойкость позволяет генерировать ключи, подходящие для использования в современных и перспективных аппаратно-программных средствах криптографической защиты информации ограниченного доступа. Андрей Корольков, заместитель начальника управления Центра ФСБ России, член-корреспондент Академии криптографии Российской Федерации, член комиссии по проведению испытаний

Демонстрация долговременной работы сетевого варианта системы квантового распределения ключей, работающей на инфраструктуре стандартных волоконно-оптических линий связи и соответствующей всем требованиям по криптографической стойкости, показывает, что в России созданы условия для внедрения этой технологии. Муслим Меджлумов, главный архитектор по стратегии безопасности сетевых и облачных решений ПАО «Ростелеком», член комиссии по проведению испытаний

Пилотная квантовая сеть передачи данных в Татарстане

8 августа 2016 года ученые в Татарстане запустили пилотный проект многоузловой квантовой сети передачи данных. Это первый проект в России. По замыслу создателей, сеть с повышенной защитой данных объединит города республики, в первую очередь – предприятия госсектора, финансовые и научные структуры.

Авторы проекта - ученые квантового центра Казанского национального исследовательского технического университета (КНИТУ-КАИ) и Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО)^[22].

Платформой для сети послужило оборудование оператора связи ПАО «Таттелеком». Квантовая криптография отличается от обычной защиты данных использованием физических методов вместо математических. Попытка взлома меняет параметры электронов или фотонов, что обеспечивает возможность обнаружения несанкционированного доступа.

Квантовая сеть объединит четыре узла на расстоянии 30-40 км друг от друга. Первый участок сети запущен в Казани, он связал два корпуса вуза.

В пилотном сегменте достигнута скорость генерации просеянных квантовых последовательностей 117 кбит/c на линии протяженностью 2,5 км – на порядок быстрее, чем в европейских сетевых проектах в области квантовой связи. В ходе экспериментов успешно продемонстрирована передача квантовых бит в оптическом канале с потерями 20 дБ, что эквивалентно расстоянию 100 км.

Ранее в России создавались только линии квантовой связи, действующие по принципу «точка-точка». К примеру, оптоволоконным кабелем соединялись вузовские корпуса в Санкт-Петербурге и банковские офисы в Москве. В случае с банковскими офисами общая длина линии 30,6 км, а процент ошибок при передаче ключа не превысил 5%.

Мы хотим проложить сеть между Казанью и Набережными Челнами. Сейчас работаем над самим оборудованием, например, по ускорению передачи данных. Расстояние для передачи квантов составляет около 100 км. А далее новые узлы «удлиняют» сеть. Сергей Моисеев, директор Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ

Запуск пилотных участков, связывающих между собой университеты, приведёт к взрывному росту технологий и формированию новых рынков, на базе которых вырастет отечественная инфраструктура связи нового поколения. Артур Глейм, руководитель Лаборатории квантовой информатики Международного института фотоники и оптоинформатики ИТМО и лаборатории практической квантовой криптографии Казанского квантового центра

В России нашли способ «утрамбовать» несколько элементов квантового компьютера в один

Физики из МФТИ и Российского квантового центра разработали метод, который позволит упростить задачу создания универсального квантового компьютера – они нашли способ использовать для этого многоуровневые квантовые системы (кудиты), каждый из которых способен работать как несколько «обычных» квантовых элементов, кубитов. Профессор Владимир Манько, научный руководитель Лаборатории квантовой информации МФТИ и сотрудник ФИАН, сотрудник Российского квантового центра Алексей Федоров и его коллега Евгений Киктенко опубликовали результаты своих исследований многоуровневых квантовых систем в серии статей в журналах Physical Review A, Physics Letters A, а также Quantum Measurements and Quantum Metrology^[23].

«В наших работах мы показали, что корреляции, аналогичные используемым для квантовых информационных технологий в композитных квантовых системах, имеют место и в некомпозитных системах, с которыми, как мы предполагаем, иногда оказывается легче работать. В частности, в последней работе мы предложили способ использования запутанности между внутренними степенями свободы одиночной восьмиуровневой системы для реализации протокола квантовой телепортации, ранее экспериментального реализованного для системы из трёх двухуровневых систем», - говорит Владимир Манько.

Квантовые компьютеры, которые обещают в будущем привести к революции в компьютерной технике, предполагается строить из элементарных вычислительных элементов, квантовых битов – кубитов. В то время, как элементы классических компьютеров (биты) могут находиться только в двух состояниях (логический ноль, и логическая единица), кубиты создаются на основе квантовых объектов, которые могут находиться в когерентной суперпозиции двух состояний, а значит могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулем и единицей.

При измерении кубита мы с определенной вероятностью (определяемой законами квантовой механики) получаем либо ноль, либо единицу. Работа квантового компьютера основана на том, что начальное условие некоторой задачи записывается в начальном состоянии системы кубитов, затем данные кубиты вступают в специальное взаимодействие (определяемое конкретной задачей), и наконец, пользователь считывает ответ к задаче, производя измерение конечных состояний квантовых битов.

Квантовые компьютеры смогут решать некоторые задачи, которые сейчас абсолютно недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Например, для «взлома» криптографического алгоритма RSA, основанного на поиске разложения на простые множители больших чисел, обычному компьютеру для перебора вариантов потребуется время, сопоставимое с временем существования Вселенной, а квантовый может решить ее за минуты. Однако на пути квантовой революции стоит серьезное препятствие – неустойчивость квантовых состояний.

Квантовые объекты, которые используются для создания кубитов – ионы, электроны, джозефсоновские контакты, могут сохранять определенное квантовое состояние очень недолго. Но для вычислений нужно, чтобы кубиты не только сохранили состояние, но и еще и провзаимодействовали друг с другом. Физики по всему миру пытаются продлить срок жизни кубитов.

Раньше сверхпроводящие кубиты «выживали» наносекунды, а теперь их удается удержать от декогеренции уже миллисекунды – уже близко к тому времени, которое необходимо для вычислений. Но в случае с системой из десятков и сотен кубитов задача становится принципиально сложнее. Манько, Федоров и Киктенко начали решать задачу «с другого конца» – не пытаться сохранить устойчивость большой системы кубитов, а уменьшить размеры необходимой для вычислений системы. Они исследуют возможности использования для вычислений не кубитов, а кудитов – квантовых объектов, в которых число возможных состояний (уровней) больше двух (их число обозначают буквой D). Существуют кутриты с тремя состояниями, кукварты (четыре состояния) и т.д. Сейчас активно изучаются алгоритмы, в которых использование кудитов может демонстрировать преимущества по сравнению с использованием кубитов.

«Кудит с тремя-четырьмя уровнями уже может работать как система из двух «обычных» кубитов, а восьми уровней достаточно, чтобы имитировать трехкубитную систему. Поначалу мы воспринимали эту эквивалентность как математическую, которая позволяет получать новые энтропийные соотношения. Например, мы получали величину взаимной информации (меры корреляции) между виртуальными кубитами, выделенными в пространстве состояний одиночной четырехуровневой системы», – говорит Федоров.

Он и его коллеги показали, что на единственном кудите с пятью уровнями, реализованном с помощью искусственного атома, уже можно осуществлять полноценные квантовые вычисления, в частности, запустить алгоритм Дойча. Этот алгоритм предназначен для проверки значений большого числа двоичных переменных. Его можно назвать «алгоритмом поиска бракованной монеты»: представьте себе, что у вас есть множество монет, некоторые из которых бракованные – у них изображение на аверсе и реверсе совпадает. Чтобы найти такие монеты «классическими способом», вам нужно взглянуть на каждую сторону. Алгоритм Дойча предполагает, что вы «запутываете» аверс и реверс монеты, и после этого вы можете увидеть бракованную монету только один раз взглянув на нее.

Сама идея использования многоуровневых системы для эмуляции многокубитных процессоров была предложена ранее в работах российских физиков из Казанского физико-технического института. Так, например, для реализации двухкубитного алгоритма Дойча предлагалось использовать ядерный спин 3/2, имеющий четыре различных состояния. Однако экспериментальный прогресс последних лет в создании кудитов на сверхпроводящих цепях демонстрирует ряд их преимуществ. В сверхпроводящих схемах, однако, требуется уже пять уровней: последний уровень выполняет вспомогательную роль для осуществления возможности реализации полного набора всех возможных квантовых операций.

«Мы получаем существенный выигрыш, поскольку многоуровневые кудиты в определенных физических реализациях контролировать проще, чем систему из соответствующего количества кубитов, а значит мы на шаг приближаемся к созданию полноценного квантового компьютера. Многоуровневые элементы обеспечивают преимущества и в других квантовых технологиях, например, в квантовой криптографии», - говорит Федоров.

В России утвержден проект по созданию универсального квантового компьютера

28 апреля 2016 г. в Министерстве образования и науки Российской Федерации прошло совещание по вопросам организации в 2016 году совместного научно-технического проекта «Создание технологии обработки информации на основе сверхпроводящих кубитов»^[24].

Данный проект станет пилотным в решении конечной цели – создании квантового компьютера. Он рассчитан на три с половиной года, суммарный объем финансирования составит более 750 млн рублей. Более 210 млн рублей будут направлены Минобрнауки России на создание необходимой для реализации проекта инфраструктуры в подведомственных вузах-исполнителях (НИТУ «МИСиС», Московский физико-технический институт (МФТИ), Новосибирский государственный технический университет (НГТУ)). Фонд перспективных исследований выделит около 340 млн рублей на проведение научных исследований в рамках проекта. Софинансирование проекта со стороны Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» (потребитель результатов) составит более 200 млн руб. и будет использовано на дооснащение лаборатории ВНИИА им. Н.Л. Духова (головная организация проекта).

Совещание завершилось подписанием трехстороннего соглашения о создании и поддержке совместных лабораторий. Со стороны Минобрнауки России его подписал заместитель министра образования и науки Российской Федерации Александр Повалко, Госкорпорации «Росатом» - заместитель директора дирекции по ядерному оружейному комплексу Олег Шубин, Фонда перспективных исследований – генеральный директор Андрей Григорьев.

К апрелю 2016 года участниками проекта была сформирована следующая научная база:

• в НИТУ «МИСиС» создана Лаборатория сверхпроводящих метаматериалов под руководством проф. А.В. Устинова (в рамках реализации работ по мегагрантам (Постановление Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 220);
• в МФТИ создана Лаборатория искусственных квантовых систем под руководством проф. О.В. Астафьева (в рамках Проекта 5-100 (Постановление Правительства Российской Федерации от 16 марта 2013 г. № 211);
• Центр коллективного пользования (в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации»);
• в ИФТТ РАН лаборатория Российского квантового центра (РКЦ) ИФТТ РАН (группа проф. В.В. Рязанова); *лаборатория в НГТУ (группа проф. Е.В. Ильичёва);
• головной технологический центр создан по инициативе ВНИИА им. Н.Л. Духова совместно с МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Головной технологический центр будет заниматься изготовлением многокубитных систем. На других участников консорциума, представляющего собой полную технологическую цепочку изготовления сверхпроводящих квантовых систем, – Московский физико-технический институт (МФТИ), Российский квантовый центр (РКЦ, Russian Quantum Center, RQC), ИФТТ РАН, Московский институт стали и сплавови Новосибирский государственный технический университет (НГТУ) – возложено решение задач по производству сверхпроводящих кубитов, измерению параметров квантовых систем в открытых линиях, разработке алгоритмов квантовых вычислений.

Проект нацелен на формирование перспективного научно-технического и технологического задела по созданию квантовых компьютеров, предназначенных, в том числе, для моделирования свойств различных материалов.

В проекте кооперируются практически все научные организации и университеты, которые занимаются квантовыми вычислениями и технологиями. Перед ними ставятся задачи разработки технологий изготовления различных сверхпроводниковых кубитов, развития методов, техники и технологий инициализации, контроля и считывания кубитов. руководитель лаборатории ВНИИ автоматики им. Н.Л. Духова Валерий Рязанов

2013: В России измерили состояние кубита

В июне 2013 года стало известно, что специалисты университетской лаборатории МИСиС в сотрудничестве с Российским квантовым центром (РКЦ) первыми в России измерили состояние кубита. Команда исследователей под руководством члена научного совета РКЦ профессора Алексея Устинова провела эксперимент по измерению состояния сверхпроводящего кубита. Ученым удалось наблюдать периодически изменяющийся сигнал кубита, а также измерить его резонансную частоту.

Сверхпроводящие кубиты представляют собой колечки сверхпроводника диаметром несколько микрон. В некоторых местах колечек есть разрывы нанометровых размеров - их называют джозефсоновскими переходами. Сверхпроводящие колечки охлаждают до очень низкой температуры с помощью смеси жидких гелия-3 и гелия-4 и помещают в сверхточно настроенное слабое магнитное поле. В результате они приобретают квантовые свойства, сходные со свойствами атомарных спинов.

Российские ученые смогли создать экспериментальный чип с 7-ю сверхпроводящими кубитами, помещенными в микроволновые резонаторы. Взаимодействие со сверхпроводящим кубитом влияет на спектр микроволнового излучения, что позволяет судить о текущем состоянии кубита, не нарушая это состояние, то есть обойти проблему декогеренции. Самый стабильный из 7 кубитов подвергался измерениям в МИСиС.

В текущем успешном эксперименте специалисты РКЦ и МИСиС продемонстрировали возможность считывания состояния отдельного сверхпроводящего кубита в симметричной суперпозиции 0 и 1. В ближайших планах следующий этап: приведение сверхпроводящего кубита в произвольно выбранное желаемое состояние. Для этого понадобится новая импульсная техника, которая будет установлена в новой лаборатории РКЦ.

Примечания