Руслан Юнусов: наши квантовые компьютеры сделала молодежь мирового класса

Россия за очень короткое время совершила рывок в создании квантовых компьютеров и вошла в число мировых лидеров в этой области. За счет чего это удалось сделать вопреки внешнему давлению, как квантовые вычислители помогут получать новые уникальные материалы, как связаны технологическое предпринимательство и создание квантовых компьютеров, в интервью РИА Новости рассказал советник генерального директора госкорпорации "Росатом", сооснователь Российского квантового центра Руслан Юнусов. Разговор состоялся в преддверии IV Конгресса молодых ученых, в ходе которого будут обсуждаться различные аспекты использования квантовых технологий. Беседовал Владимир Сычев.

– Генеральный директор "Росатома" Алексей Лихачев не так давно на рабочей встрече с президентом России Владимиром Путиным в Кремле в числе главных достижений нашей атомной отрасли за текущий год назвал и результаты в области квантовых компьютеров. Причем помимо уже известного достижения, а именно создания 50-кубитного ионного квантового вычислителя, были озвучены планы создания до конца нынешнего года квантового вычислителя на атомной платформе. А зачем понадобилась еще одна платформа, в чем между ними принципиальная разница?

– Когда мы в 2020 году начинали дорожную карту по квантовым вычислениям, мы сразу говорили, что в мире есть несколько лидирующих платформ, на которых планируется строить квантовый компьютер. Это сверхпроводники, атомы, ионы и фотоны. Есть и другие платформы, но никто не знает, какая из них будет лучше, поэтому надо заниматься как минимум основными. Все эти годы мы занимались не одним ионным компьютером, а сразу несколькими направлениями. Первый компьютер, который преодолел планку в 50 кубитов, оказался ионным. Но этого результата мог достичь и другой проект.

До конца года мы планируем 50 кубитов достичь на атомной платформе. И, возможно, покажем еще один альтернативный компьютер на ионной платформе, тоже 50 кубитов. То есть, если все будет хорошо, в России в конце года будет три квантовых вычислителя на 50 кубитов, а может, даже больше.

Теперь отвечу на вопрос, чем они отличаются. С одной стороны, универсальные квантовые компьютеры, не должны отличаться с точки зрения исполнения алгоритмов, на то они и универсальные. Но, чтобы хорошо решать конкретную задачу, необходимо одновременно иметь и много кубитов, и хорошее качество выполнения операций, то есть точность. Когда мы сравниваем разные платформы между собой, оказывается, что они имеют разные точности, а преимущества той или иной проявляются в зависимости от конкретного типа задач. Поэтому улучшение качества платформ – также одна из ключевых задач, которая сейчас стоит перед нами.

– Почему мы говорим, что создание 50-кубитного квантового компьютера – это действительно большой успех для нашей страны? Что именно позволяет нам так утверждать?

– Когда мы запускали дорожную карту с горизонтом до 2024 года, мы планировали достичь рубежа в 50 или, может быть, чуть большего количества кубитов. И этот рубеж достигнут. Пятьдесят кубитов – это, как говорится, психологически важная отметка. То, что это является прорывом для России, понятно уже из того, что начинали мы с двух кубитов, а в мире в то время было уже более 50 кубитов. И в этом смысле мы присоединились к клубу стран, которые успешно развивают квантовые вычисления.

– А как бы вы объяснили, почему нашим специалистам удалось так быстро достичь этого результата, особенно с учетом внешних вызовов, которые накладывают свои ограничения?

– Да, внешние факторы последние два с лишним года точно не способствуют быстрому развитию квантовых технологий. Нам извне активно препятствуют, не хотят, чтобы мы развивали свои технологии, в том числе и квантовые. Но у нас есть поистине мощнейшие и при этом связанные между собой конкурентные преимущества. Первое – это советская школа квантовой физики, которая, конечно, была исключительно сильна. Она была одной из двух лучших в мире долгие годы. И сейчас, если посмотреть не только на тех, кто работает в России, но и добавить к ним русскоговорящую диаспору по всему миру, мы увидим, что российская школа квантовой физики по-прежнему очень сильна. Очень многие успехи мирового уровня в квантовой физике обеспечены нашими соотечественниками. Это та база, которая позволяет быстро двигаться.

Вторая важная составляющая – это наши молодые ребята, выпускники наших ведущих вузов. Они, без всяких скидок, – специалисты мирового уровня. Я вижу, что за последние десять лет уровень образования в области физики в России стал намного выше. Основными драйверами успеха по многим направлениям разработки были именно молодые ребята.

– Но свои таланты на практике ребята могут реализовать при наличии необходимой научной инфраструктуры.

– Безусловно. И здесь тоже у нас в последние десять лет стало значительно лучше. Государство осуществило большие инвестиции в научную инфраструктуру. И вот эта база – первоклассная научная школа и высокий уровень выпускников вузов и молодых ученых, плюс созданная инфраструктура – позволила сделать быстрый рывок.

– А какие следующие шаги будут сделаны в квантовом проекте? Что, в частности, намечено на 2025 год? И что далее предстоит делать в рамках дорожной карты, помимо повышения производительности ионных квантовых вычислителей?

– Если говорить про новую дорожную карту, с горизонтом до 2030 года, то, с одной стороны, мы, конечно же, будем продолжать увеличивать количество кубитов. Это необходимо, чтобы достичь уровня вычислений, который позволит обогнать классический суперкомпьютер на полезных задачах.

И к 2030 году мы как раз хотим показать решение нескольких полезных для экономики задач. Так, чтобы квантовый компьютер победил суперкомпьютер. Но надо понимать, что для этого недостаточно просто увеличивать количество кубитов, нужно радикально улучшить их качество. И эта работа будет проводиться параллельно.

И если мы говорим про дальнейшее масштабирование, переход на тысячи и более кубитов, здесь не обойтись без кластеризации – без того, чтобы создавать квантовые интерконнекты, объединять отдельные кластеры в общую квантовую систему. И это тоже один из приоритетов новой дорожной карты.

Если говорить о ближайших планах, то, наверное, на 2025 год у нас будет цель достичь 75 кубитов. Но вновь подчеркну: гораздо важнее заниматься увеличением точности работы квантовых вычислителей, чтобы решать полезные задачи.

– Да, ведь у потенциальных потребителей интерес вызовут именно практические результаты, полученные с помощью квантовых вычислений. Как вы полагаете, на каком уровне производительности ионный квантовый вычислитель сможет решить первую по-настоящему большую промышленную задачу?

– Для того, чтобы решить полезную промышленную задачу, нужно, с одной стороны, увеличить количество кубитов, улучшить их качество, а с другой стороны, когда мы говорим о реальной задаче, необходимо выработать или оптимизировать существующие алгоритмы так, чтобы они работали максимально хорошо.

Если говорить о "железе", то это порядка нескольких сотен кубитов: это 300, 500 или 1000 кубитов. Будет зависеть от задачи. И уровень ошибок должен быть однозначно меньше 1%, а, по-хорошему, точность операции должна быть 99,7-99,9%. Это тот уровень, на котором уже можно активно бороться с ошибками и показывать хорошие результаты.

– Дискуссии на тему технологических вызовов, стоящих не только перед отдельными отраслями, но и в целом перед нашей страной, традиционно входят в программы больших форумов: Петербургского международного экономического форума, Восточного экономического форума. Эти же вызовы, но более детально, обсуждаются на Форуме будущих технологий – площадке, которая стала ежегодной, в 2025 году он будет проходить в третий раз. Главной темой этого форума становятся вещи не просто необходимые, а критически важные для развития России. Сначала это была тема квантов, потом биомедицины, а теперь – новые материалы. Почему сейчас обозначена именно эта тема? Ведь не просто так же выбираются темы для такого форума, на котором выступает президент страны.

– Хороший вопрос. Здесь есть несколько, скажем так, уровней. Первый уровень – материалы сами по себе. Это уже избитая история, но она важная. Дело в том, что уровень развития цивилизации определяется уровнем владения теми или иными материалами. Каменный век, железный век, бронзовый век – это эпохи разных материалов. Сейчас говорят, наш век – информационный, а с точки зрения материалов его называют кремниевым. Но возможности кремния почти исчерпаны. Сейчас потребности в вычислениях растут, а возможности их обеспечить упираются, в том числе в материалы. Узкое место – энергоэффективность. В настоящее время суперкомпьютеры потребляют десятки мегаватт электроэнергии. Допустим, примерно 1% всей энергии в мире мы тратим на вычисления. Но даже если мы потратим всю мировую энергию, то мощность вычислений вырастет в 100 раз, а нам нужно гораздо больше. Тем самым имеется мощнейший запрос, на который сейчас пока ответа нет. Возможный ответ – это смена кремния на другой материал. Вот в том числе и этому будет посвящен Форум будущих технологий. На нем мы попробуем понять, какие материалы будут определять облик нашей цивилизации в следующие десятилетия.

Второй уровень, если мы говорим про квантовые компьютеры, о которых шла речь на первом Форуме будущих технологий, то ограничения в производстве квантовых вычислителей часто задаются материалами. То есть мы можем нарисовать дизайн квантового чипа, который бы классно работал, но мы не сможем такие чипы производить, не сможем совершенно точно воспроизвести на атомном уровне то, что мы хотим – и в том числе из-за материалов.

И третий уровень, с точки зрения технологического суверенитета, чтобы производить, например, микроэлектронные устройства, необходима специальная химия и сверхчистые материалы. Нам их не продают. Здесь стоит вызов даже не в будущем, а в настоящем – как научиться самим производить те самые материалы с нужными свойствами.

– Никто теоретически такие материалы не запрещает, просто мы не умеем сейчас их производить.

– Да. Возьмем биомедицину: здесь также материалы часто являются ограничивающим фактом. Все наслышаны о компании Илона Маска Neuralink, которая вживляет чипы в голову. И вот здесь человечество пока не нашло те материалы, которые можно было бы вживлять без воспалений, без отторжения, и которые бы при этом были функциональны. По крайней мере, полностью проблема не решена – и не решена именно на уровне материалов.

Поэтому, безусловно, будущие технологии невозможны без следующего поколения материалов.

– Можно ли в таком случае сказать, что поиск и создание новых материалов – это задача, которая будет объединять ученых самых разных специальностей? Потому что, скажем, квантовые вычисления здесь совершенно очевидно пригодятся. И вы это приводили в качестве одного из примеров применения квантовых вычислителей.

– Естественно, здесь и сильный математический аппарат понадобится. И традиционные химики не останутся в стороне. Да и биологи тоже, потому что поиск тканесовместимых материалов – задача из биологии. Нам с разных сторон надо посмотреть, как в природе все устроено.

– Верно ли ощущение, что это действительно такое безбрежное поле для исследователей?

– Конечно, верно. Знаете, у нас ведь сохраняется инерция мышления, которая определяет и подход к получению новых материалов. Вот мы взяли что-то уже существующее, в той или иной мере его обработали, вот нам новый материал. Вот так мы создаем новые материалы. А в природе это необязательно так. Мне кажется интересной идея выращивать материалы. Надо изобрести микроорганизм, который создаст то, что ты хочешь. И тут вопрос работы с информацией – ты кодируешь то, что тебе надо, дальше все происходит само собой. Конечно, это большое упрощение, и мы еще не научились так делать, но принципиальных ограничений нет. Вот дерево – это же сложная штука.

– Дерево считается классическим примером сложного природного инженерного устройства.

– Именно так, причем это композитные инженерные сооружения – там самые разные материалы с разными характеристиками. То есть даже если просто посмотреть на срез, окажется, что там разные функциональные зоны есть. И если бы дереву добавить, например, возможность поглощать металл и использовать внутри себя еще металлические части, мы бы могли бы что-то новое получить. Ведь, по-хорошему, дома надо не строить, а выращивать. Или создавать другие очень сложные конструкции.

Далее, природа "научилась" делать очень эффективные катализаторы. А почему бы нам не пойти этим путем и делать катализаторы, подсмотрев принцип их создания в живой природе?

Кроме того, у биологических материалов есть очень важная особенность, которую все пытаются воспроизвести, но пока не могут. Это регенерация, самозаживление. Классная вещь. Все бы хотели, чтобы экраны смартфонов, заживали после того, как ты их поцарапаешь. Сейчас много усилий инженеров направлено на то, чтобы микротрещины могли срастаться. Но с тем, что может сделать природа, это вообще несравнимо.

И еще что очень важно: XIX, XXвека были временем парадигмы торжества человека над природой. Но эта парадигма неправильная. Если мы говорим, что мы должны использовать лучшее из всего, что мы знаем, это не власть над природой, это развитие вместе с природой. Сейчас время переосмысления парадигмы. Не надо побеждать природу, надо творить наравне с ней.

В целом, Форум будущих технологий призван сконцентрировать наше внимание на вещах, которые мы не еще пробовали реализовать на практике, но которые интересны. И, значит, надо попробовать – может и получиться.

– Но тогда неизбежно возникает вопрос, а если задуманное получится на уровне единичной вещи, то как затем перейти на более высокий уровень и организовывать внедрение этих вещей? Сколько раз уже было сказано, что бизнес не будет подхватывать то, что нельзя пощупать, и нужен, по крайней мере, образец чего-то работающего. Но мы явно попадаем в ситуацию, когда речь идет о критически важных вещах, которые необходимо не просто создать, но и запустить в производство. Как здесь быть?

– Все верно, этому посвящены все дискуссии про то, как масштабировать производство. Если у тебя есть образец, который работает, этого недостаточно, чтобы индустрия взяла и в него вложилась, потому что инерция мышления очень часто все определяет. Мы думаем, что это определяют топ-менеджеры компаний, но оказывается, что дело обстоит не обязательно так. На среднем уровне управленческой вертикали может быть гораздо более косное мышление. Система управления в компании может быть так устроена, что тебе будет невыгодно заниматься инновациями, невыгодно брать риск на себя. Человек в каком-то департаменте работает, получает зарплату, премии, у него все хорошо. И вот он будет внедрять совершенно новую вещь. Если получится, он получит ту же премию, может, чуть-чуть больше. Если не получится, его уволят. Зачем ему это надо?

Вроде бы это такая простая вещь, но она очень часто блокирует передовые инновации, которые могли бы найти свое место в бизнесе. То есть оказывается, дело не только в том, чтобы сделать работающую технологию, но и как-то интегрировать ее в работу компании. Это сложно, как ни странно. Часто этот фактор недооценивается.

– Получается, то, что и так работает и приносит прибыль, может оказаться сильным сдерживающим фактором для внедрения нового.

– Конечно. Гораздо проще, если ты понимаешь, что ты сейчас "умрешь", если ты не внедришь конкретную новинку. Это, конечно, стимул настолько мощный, что все начинают помогать тебе.

Но вообще, когда мы обсуждали, что в таких случаях делать, идей появлялось много, а конкретных решений – нет. Впрочем, единственно верного решения быть не может. На выбор того или иного решения влияют условия. Например, наши условия в России до 2014 года, а потом до 2022 года и сейчас – это разные условия. На мой взгляд, они стимулируют разные способы решения. Сейчас от заказчика появился мощный спрос на конкретные вещи. И вот тут, наверное, стоит развивать подход от заказчика. Кто-то должен определить запрос. Этими кем-то раньше были венчурные фонды, которые через себя пропускали большое количество проектов и выбирали те, которые им казались перспективными на рынке. Теперь должен быть обратный процесс. Они должны понимать, кто есть на рынке, что может сделать из команд разработчиков, как их можно собрать, и, понимая потребности заказчика, формировать такие проекты.

Мы пробуем такие вещи делать с "Росатомом", понимая, например, что для нашей квантовой программы нам за границей перестали продавать конкретные устройства. И мы понимаем, что в России есть внутренний заказ на разработку, мы готовы ее сделать, и какие-то вещи у нас уже стали получаться. Но это лишь некая лакмусовая бумажка, которую я лично вижу. А в целом в стране таких потребностей, конечно, гораздо больше. Это тоже новый путь.

Кроме того, на мой взгляд, стоит уделить внимание людям. Чтобы передовая технология заработала, нужен конкретный человек, который очень хочет, чтобы именно эта технология заработала. По какой-то причине он должен хотеть именно эту технологию. Может, в детстве он конструктор собирал или еще что-то делал, или он хочет денег заработать и верит, что здесь можно заработать, но он должен быть очень активным человеком, который сможет эту технологию продвигать, работая с заказчиками, собирая нужные команды.

Мы должны "выращивать" прослойку таких людей, которые могут понять, что есть конкретная технология, и, не погружаясь слишком глубоко, смогли бы ее продвигать на уровне государства и бизнеса, и уметь организовывать команды. Это то, что я вижу, и чего очень не хватает.

– А кто должен "выращивать"? Кто должен, образно говоря, этот "парник" соорудить? Люди же сами по себе не будут "выращиваться".

– Я не знаю ответа. Есть разные подходы, где можно найти студентов-интерпренеров, можно пойти, например, в Высшую школу экономики, или другой экономический вуз и там их воспитать. Или же это должен быть технический ВУЗ, например, Физтех, где есть кафедра технологического предпринимательства. Тогда человек, который получил некое базовое образование в области физики, математики, искусственного интеллекта, чего угодно, дальше начинает развивать свои навыки в области управления проектом. На мой взгляд, это очень правильная история, но, с другой стороны, опыт показывает, что многие великие управленцы из мира технологий получали свое первое образование не в технической области.

И еще очень важно, чтобы в обществе было чувство, что такие люди нужны. Мы очень часто недооцениваем такие тонкие вещи. Если люди считают, что очень круто быть спортсменом, олимпийским чемпионом, то не надо задавать вопрос, кто же воспитает олимпийских чемпионов. Дети в советские времена видели примеры в спорте и сами шли на спортивные площадки. Я прекрасно по своему детству помню. Этот дух был в физике, и круто было быть физиком. Вот такое должно быть в технологическом предпринимательстве.