Конференция "Сверхпроводниковые квантовые технологии" состоялась в Москве. Один из ее организаторов, профессор Технологического университета Карлсруэ, заведующий лабораторией "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС" и руководитель научной группы в Российском квантовом центре Алексей Устинов рассказал о том, как развивается данная тематика в России.
‒ Алексей Валентинович, по вашим оценкам, Россия лидирует или отстает в области сверхпроводящих квантовых технологий?
‒ Россия традиционно занимает очень важное место в этой области. Достаточно вспомнить научную группу Константина Лихарева, в которой еще в 80-е годы практически с нуля создавалась существующая классическая архитектура сверхпроводящих схем. Эта область довольно успешно развивалась, тем не менее, так и не заняв значимое место на рынке цифровых технологий.
Это объясняется тем, что в мире давно и успешно развиваются полупроводниковые технологии, которые не требуют охлаждения до низких температур, хотя сверхпроводники могут иметь тактовые частоты в сотни раз выше, чем полупроводники.
Так, в России начала активно развиваться технология сверхпроводящих квантовых цепей, были созданы первые научные группы, оснащенные техникой получения сверхнизких температур и создающие измерительные системы для манипуляции такими схемами.
‒ Какие научные достижения и перспективы в этой сфере вы особо выделяете на сегодняшний день?
‒ У нас есть 4 квантовые лаборатории, которые работают на мировом уровне – лаборатория искусственных квантовых систем под руководством Олега Астафьева (МФТИ), моя лаборатория сверхпроводящих метаматериалов (НИТУ "МИСиС"), а также лаборатории в Российском квантовом центре и в Новосибирском государственном техническом университете. В настоящее время наша дружная команда под руководством Валерия Рязанова совместно трудится над российским проектом, который поддерживают Росатом и Фонд перспективных исследований.
‒ Сегодня уже можно говорить о том, что мы стоим "на пороге" создания полноценного квантового компьютера?
‒ Ответ на ваш вопрос зависит от того, с кем вы говорите. Есть серьезные заявления о том, что такой квантовый компьютер уже создан. Отчасти это правда. На нашей конференции выступал представитель канадской компании D-Wave Павел Бунык, который рассказал, что компания уже несколько лет продает эти компьютеры.
Однако в научном сообществе подобные заявления часто воспринимаются с неким скептицизмом. Что делает компьютер по-настоящему квантовым? Окончательного ответа нет. Необходимо провести некоторые тесты, а они разными экспертами представляются по-разному. С точки зрения разработчиков D-Wave, их компьютеры не глобально квантовые, а локально квантовые. То есть локальные узлы работают по законам квантовой механики. А вот дает ли это квантовый выигрыш? Большой вопрос, на который пока нет убедительного ответа.
Да, первые компьютеры, которые называются квантовыми, уже созданы. Однако получить признание, сделать следующий шаг, выйти на полезное применение ‒ пока они этого не сделали. Но я убежден, что это произойдет в ближайшие годы.
‒ Как продвигаются ваши исследования по квантовым кубитам (главным вычислительным ячейкам квантового компьютера)? Напомним, что вы совместно с коллегами создали принципиально новый кубит, основанный не на джозефсоновском переходе, представляющем собой разрыв в сверхпроводнике, а на сплошной сверхпроводящей нанопроволоке.
‒ Довольно успешно. В этом году мы опубликовали статью в журнале Nature Communications, в которой исследовали схемы из 15 кубитов. Они проявили интересные коллективные свойство.
‒ Куда же?
‒ В сторону квантовых вычислительных устройств специального назначения. Совершенно неочевидно, что первые полезные применения квантовых устройств и процессоров будут связаны именно с универсальными процессорами, на которых можно будет выполнять все задачи. Скорее всего, это будут процессоры специального назначения, так называемые квантовые симуляторы или моделирующие устройства.
Они работают по принципам квантовой механики, как бы повторяя или пытаясь промоделировать на себе свойства более сложных микроскопических систем, которые трудно посчитать на обычных компьютерах. При этом они представляют собой аналоги или "квантовые кубики", из которых можно что-то интересное собрать. Скажем так: если я хочу построить здание, то сначала строю макет, и для этого мне нужно сложить что-то воедино. Фактически эти симуляторы представляют собой такие макетные устройства для моделирования чего-то более сложного.
‒ Насколько вы приблизились к созданию подобных вычислительных устройств?
‒ Кто и как финансово подпитывает данную тематику в России?
‒ Есть серьезная финансовая поддержка со стороны Фонда перспективных исследований и Минобрнауки, которое финансировало приобретение дорогостоящего оборудования для наших университетов. Однако, если сравнивать с объемом финансирования, которое получают наши западные коллеги, в первую очередь от частных инвесторов, то разница будет колоссальная.
На мой взгляд, в России за короткий срок была создана серьезная база для того, чтобы совершить прорыв и вывести нашу страну на устойчивую позицию на передовой линии в области квантовых технологий: мы одновременно начали работать в нескольких лабораториях, создана научная среда, мы боремся за лидерство с зарубежными коллегами, предлагаем новые вещи. Важно, чтобы эта деятельность получила в России дальнейшее развитие.
Пока во всем мире наблюдается "квантовый хайп", а, скорее всего, он не продлится вечно, важно, чтобы мы смогли использовать этот момент для создания более долгосрочных российских проектов, экспертизы и ноу-хау.