«Росатом» — координатор развития квантовых вычислений в России. Что такое квантовые компьютеры и заменят ли они классические? Какие практические задачи можно решать с помощью квантовых технологий? Каких результатов уже добилась Россия в этом направлении? Подробности — в нашем материале.
Квантовые вычисления — это решение задач при помощи манипуляции квантовыми объектами: атомами, молекулами, фотонами, электронами и специально созданными макроструктурами.
Квантовые компьютеры — это новое поколение вычислительных устройств, в основе которых лежат эффекты квантовой физики.
Квантовый и классический компьютер не конкурируют друг с другом, и в будущем один не заменит другой. Они как разные виды транспорта: каждый удобнее использовать для определенных целей.
Классические компьютеры работают на транзисторах, которые последовательно принимают значение 0 или 1 и называются битами. Основа квантового компьютера — кубиты (квантовые биты): объекты, способные пребывать одновременно в состояниях 0 и 1, то есть в суперпозиции. Для работы квантового компьютера нужно запутать кубиты. Квантовая запутанность — взаимосвязь двух любых кубитов и выполняемых над ними действий.
Чтобы удвоить мощность классического компьютера, нужно в два раза увеличить количество транзисторов. А квантового — только добавить один кубит.
Квантовые компьютеры эффективнее всего решают вычислительные задачи в области оптимизации и моделирования. На их решение методом последовательного перебора даже у самого мощного классического компьютера уйдут годы.[1]
По прогнозам экспертов, квантовые компьютеры в ближайшем будущем будут наиболее востребованы в нескольких областях.
Во-первых, это фармацевтика и медицина: с помощью квантовых технологий можно будет разрабатывать персонализированные лекарства, прогнозировать распространение эпидемий и быстро создавать вакцины, моделировать сложные молекулы и многое другое.
Во-вторых, это логистика и транспорт. Квантовые алгоритмы помогут составить оптимальные варианты маршрутов для грузового и пассажирского транспорта, распределят потоки автомобилей в мегаполисах.
В-третьих, это цифровая безопасность. Квантовое распределение ключей уже сегодня делает передачу и хранение информации абсолютно безопасными. А «квантовый щит» изменит существующую систему криптографии.
В-четвертых, ученые с помощью квантовых компьютеров смогут моделировать инновационные материалы с заданными свойствами.
В-пятых, квантовые технологии ускорят машинное обучение искусственного интеллекта, распознавание и анализ изображений, речи и текста.
Россия присоединилась к глобальной квантовой гонке сравнительно недавно. В 2019 году правительство России разработало дорожную карту по развитию квантовых технологий. Тогда в России существовал только один прототип квантового компьютера с двумя кубитами на сверхпроводниках.
С 2020 года «Росатом» отвечает за реализацию дорожной карты. Это основа квантового проекта «Росатома», экосистема которого объединяет 19 научных институтов и университетов, включая более 600 исследователей и инженеров.
Уже на первом этапе реализации квантового проекта Россия вошла в число первых шести стран, создавших действующие квантовые процессоры на 50 и более кубитов, и в число первых трех стран с действующими квантовыми процессорами на четырех основных платформах.
Сегодня российский квантовый проект — один из самых эффективных в мире по соотношению финансовых затрат и достигнутых результатов.
Российские ученые создали прототипы четырех квантовых вычислителей. Во-первых, это квантовый компьютер на ионах иттербия: в декабре 2025 года он достиг 70 кубитов, это самый мощный российский квантовый компьютер. На нем ученые уже решают реальные задачи: например, выполнили алгоритм Гровера, рассчитали структуру нескольких молекул, провели симуляцию динамических систем, использовали его для машинного обучения. Во-вторых, это 50-кубитный на атомах, в-третьих — 35-кубитный на фотонах, в-четвертых — 16-кубитный на сверхпроводниках.
Также развивается облачная платформа квантовых вычислений как будущий сервис по предоставлению доступа к разработанным квантовым вычислителям для решения задач с использованием квантовых алгоритмов.
Разработано 34 квантовых алгоритма, с применением которых на созданных квантовых вычислителях решаются тестовые и модельные задачи квантовой оптимизации, квантовой химии, квантового моделирования, обработки больших данных и пр.
Цель российской дорожной карты по квантовым вычислениями на 2025–2030 годы — практическое применение квантовых технологий в различных отраслях промышленности, в первую очередь в атомной отрасли.
«Мы входим в эпоху, когда глобальные проблемы будут решаться с применением квантовых технологий. Поэтому очень важно, чтобы эти технологии стали достоянием мирового сообщества. Главный вопрос: как от квантовой гонки отдельных стран прийти к совместному использованию квантовых технологий с оглядкой на то, что эти технологии должны служить на благо человечества», — считает Екатерина Солнцева, директор по квантовым технологиям «Росатома».
Фото: Медиацентр МГУ, газета «Страна Росатом»
