Квантовая гонка

Появилась информация: «российские и американские ученые создали первый в мире квантовый компьютер, состоящий из 51 кубита», и тем самым, получается, обскакали лидеров, разработчиков из Google. Впору бы ликовать: «российские ученые» — это московский РКЦ (Российский квантовый центр), а «американские ученые» — это тоже, в общем, «российские ученые»: Михаил Лукин, профессор Гарвардского университета, а также сооснователь все того же РКЦ. Однако сотрудник РКЦ Алексей ФЕДОРОВ, читавший в Петербурге лекцию, сбил пафос: то был не квантовый компьютер, а квантовый симулятор, и решает он не все задачи. Алексей интересен не только тем, что в Бауманку поступил в 15 лет, а сейчас, в 23 года, работает в РКЦ и учится в аспирантуре университета Париж-Сакле и у него полтора десятка премий и стипендий. Но и тем, что про квантовые технологии и конкретно свое занятие — квантовую криптографию — рассказывает так, что вы не то чтобы поймете, но приблизитесь к пониманию квантового мира. Мы законспектировали лекцию Алексея.

Квантовая гонка | ФОТО из личного архива А. Федорова

ФОТО из личного архива А. Федорова

С защитой информации мы сталкиваемся ежедневно. Например — расплачиваясь кредиткой. Почему сервер магазина легко списывает с вашей карты деньги за покупку, а злоумышленнику без некоторой вашей помощи это не удастся? Потому что легитимной стороне, чтобы списать деньги, нужно решить простенькую задачу, а нелегальной — ту же задачу, но вывернутую шиворот-навыворот и ставшую такой сложной, что на ее решение с учетом возможностей современных компьютеров уйдет вся жизнь Вселенной.

Однако мощность компьютеров растет, поскольку нам удается делать процессоры все меньше и меньше. По так называемому закону Мура, к 2020 году, чтобы удовлетворять вычислительные потребности человечества, у нас должен бы появиться процессор размером один атом. Может, он справится со взломом вашей кредитки?

Не беспокойтесь. Даже если такой компьютер будет создан, ряд вычислительных задач он решить не сможет. Потому что в силу своей природы ищет решения, перебирая варианты поочередно.

А вот теперь беспокойтесь. Когда будет создан квантовый компьютер (сейчас существуют только его прототипы), вероятно, разрушится нынешняя система защиты информации: в его природе — «разбираться» со всеми возможными вариантами одновременно.

Квантовый компьютер использует не классические биты (ноль или единица), а квантовые, кубиты, которые находятся в суперпозиции нуля и единицы («ноль и единица»). Например, обычная монетка лежит либо орлом, либо решкой, а если бы существовала квантовая, она находилась бы в состоянии «и орел, и решка». Это первое.

Второе: мелочь в вашем кармане никак между собой не связана; квантовые монетки, специальным образом «приготовленные», связаны так, что если запулить одну в Туманность Андромеды, а другую оставить в лаборатории, то, измеряя ее, узнаешь, что происходит с улетевшей.

Третья особенность (и это то, что пока сдерживает наши возможности в создании квантовых компьютеров): такие системы очень хрупки и в какой-то момент под влиянием среды квантовая монетка из положения «и орел, и решка» станет обычной монетой и ляжет так или эдак.

Квантовый компьютер, вероятно, расколет даже блокчейн, практически неприступную сейчас систему хранения данных. Устоять против такого компьютера может только квантовая криптография, решили в Российском квантовом центре. Там разработали первый в мире квантовый блокчейн, используя для передачи ключей к информации квантовые объекты: фотоны. Не то что попытка вмешательства, а даже просто наблюдения за фотоном не пройдет незамеченной — опять же в силу законов природы.

Работу квантового блокчейна команда РКЦ уже продемонстрировала в одном крупном банке: два отделения обменялись ключами к информации при помощи фотонов. При этом система тут же вычислила субъекта, который специально пытался сжульничать — и исключила его из блока участников транзакций.

По масштабу квантовая гонка напоминает то, что в свое время было в ядерной гонке, в космической. Но если в состязаниях ХХ века наша страна не просто участвовала, а лидировала, то в этой пока «долго запрягает». И хотя основанный в 2010 году Российский квантовый центр (это негосударственное учреждение, живет на гранты и инвестиции) фигурирует на мировой карте квантовых центров — для лидерства потребуются затратить неимоверные усилия. Больше всего шансов, по оценке лектора, у Google: там работает Джон Мартинес. Он очень крут, но главное — он живет идеей создания квантового компьютера, как наш Сергей Королев жил космической программой.

...К слову, квантовый компьютер не отменит классические компьютеры, в том числе суперкомпьютеры. Классические отлично справляются с рядом задач, а квантовые чипы будут просто дополнительными для решения задач другого рода. Да, и еще к слову. Если вы по-прежнему мало что понимаете в квантовых компьютерах — не стесняйтесь: журнал «Тайм» на своей обложке так о квантовых компьютерах и написал: они, мол, способны решить некоторые сложнейшие задачи человечества, ими интересуются ЦРУ и НАСА, они стоят по 10 млн долларов и... «Никто не знает, как они работают».


Российский квантовый центр был создан по инициативе выпускников МФТИ в 2011 году: создателям, Михаилу Лукину (сейчас — профессор в Гарварде), Евгению Демлеру (тоже профессор, тоже в Гарварде) и Сергею Белоусову (бизнесмен, его компания в области программного обеспечения имеет офисы в 17 странах) не было и сорока. Средний возраст сотрудников центра — 34 года, и, судя по всему, это одна из самых открытых в российской науке организаций: запросто приглашают на экскурсии, запросто дают интервью, что и сделал Алексей ФЕДОРОВ.


— Алексей, ваша лекция называется «Квантовая гонка», при этом вы работаете и в России, и во Франции. Получается, в этой гонке вы и «за наших, и за ваших»?

— Я начинал работать в РКЦ, еще будучи студентом Бауманки. И в РКЦ очень ценится международный опыт: до того как ты где-то осядешь, хорошо бы поработать в разных мировых лабораториях. Еще студентом я ездил в Канаду к одному из профессоров РКЦ, стажировался в США. А во Франции учусь в аспирантуре. Там моя тема — фундаментальная научная, а коммерческие проекты базируются исключительно в России. Никакого конфликта интересов.

— Вы и ваши чуть более старшие товарищи — можно сказать, первопроходцы в квантовой криптографии в России?

— Даже те, кто старше меня, начали этим заниматься относительно недавно. Квантовая криптография была «придумана» в 1984 году, какой-то практический интерес к ней разглядели в конце 1990-х, а в России — в середине 2000-х.

Руководитель моей дипломной работы Юрий Курочкин (глава проекта РКЦ по квантовой криптографии. — Ред.) защитил кандидатскую в 2009 году, и он был первопроходцем в некоторых экспериментах.

— С учетом новизны темы: как вы-то в ней оказались?

— Мне всегда нравилась фундаментальная наука, и даже была легкая депрессия по поводу того, что вуз, Бауманка, слишком «инженерный», прикладной. И вдруг на первом курсе попалась мне в Интернете то ли новость, то ли информация о семинаре с этими двумя словами: «квантовая криптография». Думаю: это же и фундаментальная физика, и прикладная наука! Так это словосочетание в моей жизни и осталось.

Почему именно криптография? Я учился на факультете информационных технологий, а там криптография интересует всех, защита информации считалась самым передовым направлением. И я скорее почувствовал, чем подумал, что криптография — это классно.

Но, хотя я и знал о некоторых людях из сферы квантовой криптографии, не было консолидированной программы, которая собрала бы этих людей и поставила перед ними задачу. В магистратуре я погрузился в фундаментальную физику, начал заниматься ультрахолодными атомами, сверхпроводимостью и к аспирантуре уже вроде как сосредоточился на фундаментальной науке. И вдруг — программа, о которой я думал, появилась!

Поначалу было сложно. Специалистов почти не было, материала на русском языке — тоже. Сейчас, если кто надумает заняться, возможностей больше.

— Если заглянуть в РКЦ, что мы увидим? Чем именно занимаются криптографы — за компьютерами сидят?

— Квантовую криптографию можно условно разделить на несколько блоков. Один блок приготавливает квантовые состояния и их измеряет. Этим занимаются физики-экспериментаторы. А инженеры разрабатывают плату, которая управляет лазерами, детекторами и т. д.

Наша теоретическая группа занимается тем, что называется «классическая постобработка». Это, во-первых, создание математического алгоритма и, во-вторых, его программирование. В отличие от экспериментаторов нам необязательно находиться вместе: есть план задач, мы по нему идем, общаться можем и по почте или общему чату.

Моя задача — управление командой, написание научных статей и развитие. А поскольку ребята суперпродуктивные и суперумные, на постановку им задач тратится не так много времени, так что время я трачу в основном на развитие.

В общем, если зайти в РКЦ — у нас и офисы, где теоретики сидят за компьютерами (правда, они могут сидеть и на кухне, обсуждать свои гениальные идеи), и лаборатории, там экспериментаторы, инженеры, оборудование.

— Средний возраст сотрудников РКЦ — чуть за тридцать, а конкретно в вашей команде всем чуть за 20. Откуда таких умников набрали?

— На самом деле в России качество образования на уровне бакалавра по физике, математике очень высокое. Бакалавр московского Физтеха может поступить, например, в Гарвард. Я знаю такие примеры. Мне кажется, что проблемы образования в России начинаются на уровне магистратуры и аспирантуры, когда человека немножко «теряют» — и он, пройдя жесткую школу, не понимает, зачем ночами эти задачки решал. На Западе, наоборот, на этом уровне все отлажено — тьюторство, индивидуальный подход. Там магистранты, аспиранты — рабочие лошадки: преподают, пишут статьи, очень много работают.

— Вы говорите, что квантовые технологии в основном продвигают банки. А почему не военные?

— Военные тоже, но это же «военная тайна». В Японии, например, по этой теме все публикации закрыты. А почему занимаются банки... Видимо, у них есть ощущение потенциала этой темы.

— Что если квантовый компьютер первыми сделают «плохие парни»? Они же все взломают.

— Потому мы и работаем над квантовой криптографией, чтобы к моменту появления квантового компьютера вся информация уже была гарантированно защищена. Правда, есть конспирологическая теория, будто «плохие парни» уже все умеют. Просто пока это умение не используют или не разглашают, что используют.

#информационные технологии #программное обеспечение #информация

Комментарии



Загрузка...

Самое читаемое

#
#
Июнь — на лето плюнь? Каким будет первый месяц лета в Петербурге
01 Июня 2018

Июнь — на лето плюнь? Каким будет первый месяц лета в Петербурге

Если говорить о прошедшей весне в целом, то - грех жаловаться - впечатление от нее осталось замечательное. Правда, холодный март отсрочил приход весны и заставил горожан немало побурчать по этому пово...

Антарктида, Антарктика
09 Августа 2017

Антарктида, Антарктика

О том, что не расскажут фотографии, рассказали люди, которые работают непосредственно на Шестом континенте: сотрудники Полярной морской геологоразведочной экспедиции.

Мне, пожалуйста, немножко хуцпы
20 Июня 2017

Мне, пожалуйста, немножко хуцпы

В Тель-Авиве прошла крупная конференция стартапов. Было чему поучиться

Вам не в музей, а в Минобороны
06 Июня 2017

Вам не в музей, а в Минобороны

Во II конкурсе «Start-up СПбГУ» победили самоочищающиеся стены

Ты записался в кластер?
24 Мая 2017

Ты записался в кластер?

Более 550 предприятий Петербурга вошли в новые объединения

Умный Горный
05 Мая 2017

Умный Горный

Апрель, начавшийся Днем дурака, петербургские студенты завершили «Интеллектуадой вузов Санкт-Петербурга».

«Научных школ в России много»
27 Апреля 2017

«Научных школ в России много»

Большинство российских ученых, как я заметил, люди оседлые. Держат родные, друзья, жилье, а если ты руководитель — то и команда.