Алексей Константинович, первый вопрос достаточно очевидный. Еще недавно вокруг квантовых компьютеров царил настоящий бум. Он был объявлен одним из приоритетов технологического суверенитета России. Но сейчас на фоне поразительных достижений искусственного интеллекта квантовый компьютер ушел в тень. Понимаю, что не совсем приятно, но согласитесь, что он уже не герой нашего времени.

Алексей Федоров: Для меня ответ однозначный: квантовый компьютер - безусловно, герой нашего времени. Это одна из ключевых технологий, которые будут определять облик нашего мира наряду с искусственным интеллектом и биотехнологиями.

Вообще между искусственным интеллектом и квантовыми вычислениями часто проводят аналогию. Математическая база ИИ была заложена раньше, чем "кванта". Сначала появились академические работы, потом - пользовательские приложения, развилось "железо". И когда в сфере ИИ количество перешло в качество, произошел прорыв.

Квантовые технологии в определенной степени проходят тот же путь, но с отставанием, может быть, на 5-10 лет. Когда достигнем необходимого технологического уровня, развитие в этой области пойдет быстрыми темпами.

Но недавно мировые СМИ облетела громкая сенсация. Китайский квантовый компьютер решил за 25 микросекунд задачу, на которую самому мощному классическому суперкомпьютеру "Эль Капитан" с фантастической производительностью 10 в 18 степени операций в секунду потребовалось бы 10 в 42 степени лет. Может, это начало эры "кванта"?

Алексей Федоров: Это действительно очень важное достижение. Оно демонстрирует так называемое квантовое вычислительное преимущество: квантовый компьютер решает определенную задачу существенно эффективнее, чем классический. Причем это не первый подобный результат.

Начало ли это эры "кванта"? Увы, нет. В данном случае речь идет о специальной тестовой задаче, которая позволяет продемонстрировать огромные возможности квантовой системы. Но необходим следующий принципиальный шаг - добиться преимущества, но уже не в тестовых, а конкретных полезных задачах. И сегодня квантовые прототипы уже их решают, но пока не могут продемонстрировать свое превосходство над классическими компьютерами. Чтобы двигаться дальше, нужно совершенствовать алгоритмы, увеличивать количество кубитов (кубит - единица информации в квантовом компьютере, аналог бита в традиционном) и повышать точность операций с ними. По всем этим направлениям уже есть существенный прогресс.

Так, может, квантовый компьютер - это такая игрушка для "чистой математики"? Или все же для него найдется свое поле, где он сможет убедительно продемонстрировать свои удивительные способности? Где даже самый мощный суперкомпьютер бессилен?

Алексей Федоров: Мы выделяем четыре класса задач, в которых квантовый компьютер потенциально может быть значительно эффективнее классического. В первую очередь это моделирование сложных систем. Такие расчеты нужны, например, при создании новых материалов, лекарств и аккумуляторов: их свойства определяются тем, как взаимодействуют их составные части - электроны, атомы и молекулы.

Скажем, вы разрабатываете новое лекарство и хотите разобраться, как устроена сложная молекула, каковы ее свойства, как она будет взаимодействовать с другими молекулами. Чтобы это понять, нужно ее просчитать, промоделировать. Такой класс задач как раз для квантового компьютера.

Неужели суперкомпьютер, который делает 10 в 18 степени операций в секунду, пасует перед такой задачей?

Алексей Федоров: В принципе и он может решить такую задачу довольно быстро, но для этого придется сделать большие упрощения, потеряв в итоге важные и ценные сведения. А вот чтобы получить более точный результат, ему потребуется намного больше времени, чем квантовому.

Второй класс задач - оптимизация: поиск наилучшего варианта среди множества возможных, например маршрута для курьера. Когда вариантов много, квантовый компьютер сможет эффективнее находить оптимальное решение. Здесь сферы применения - логистика, составление расписаний, планирование производства и многие другие.

Третье направление - разложение чисел на простые множители. Оно имеет непосредственное применение в криптографии. Если взять большое число, состоящее из двух простых множителей, то, по оценкам, их поиск на классическом компьютере может потребовать миллионов лет непрерывных вычислений, а на достаточно мощном квантовом - всего десятков часов. Защита в некоторых криптографических системах как раз опирается на сложность поиска этих множителей. Поэтому развитие квантовых вычислений требует перехода к новым методам криптографической защиты.

Четвертое направление - квантовое машинное обучение. Оно пока находится на ранней стадии развития. Мы пытаемся обучить квантовый компьютер решать задачи распознавания, классификации, кластеризации. В современных больших языковых моделях миллиарды параметров. Есть гипотеза, что квантовый компьютер сможет решать подобные задачи с меньшим количеством параметров. Первые результаты исследований обнадеживают.

Все это вы говорите в будущем времени - сможет, способен, оценки показывают и т.д. Но сама идея квантового компьютера родилась 40 лет назад. Сейчас лидеры делают процессоры с сотнями кубитов. А для решения тех самых реальных задач, о которых вы говорите, нужны системы с многими тысячами, а возможно, миллионами кубитов. Поэтому и есть мнение, что квантовый компьютер топчется на месте…

Алексей Федоров: Не согласен. Для специалистов, которые глубоко погружены в эту область, развитие хорошо заметно. Да, переход от сотен к тысячам кубитов - сложная задача. И вообще создание квантового компьютера - это огромный технологический вызов.

Сегодня лидируют четыре физические платформы: атомы, ионы, сверхпроводники и фотоны. Они достигли наилучших показателей по количеству кубитов и точности операций. Есть и другие варианты реализации, которые постепенно к ним приближаются.

Но если такие вычислители из десятков "кубиков" уже есть, то что мешает как в конструкторе "Лего" собрать вычислитель из тысячи кубитов?

Алексей Федоров: Собрать много кубитов - еще не значит заставить их работать как квантовый компьютер. Нужно не только увеличивать их число, но и повышать точность управления и операций. Взаимодействие многих кубитов меняет квантовые состояния и приводит к ошибкам. Но за последнее время показаны эффективные методы коррекции квантовых ошибок, которые можно масштабировать. Это одно из важнейших достижений последних лет.

Что касается перехода к тысячам кубитов, то уже экспериментально показано, что можно собрать систему из трех тысяч нейтральных атомов и индивидуально управлять ими. Это пока не готовый квантовый компьютер: проводить вычисления на этой системе еще нельзя. Но собрать атомы вместе, контролировать, перемещать их уже возможно. Еще одно важнейшее достижение.

Общее финансирование развития в стране квантовых технологий превысит до 2030 года 29 миллиардов рублей

За границей уже есть прототипы 100-кубитных квантовых компьютеров. А буквально в самые последние недели после длительного затишья в СМИ потоком пошли очень обнадеживающие публикации о новых важных разработках и уже ближайших перспективах квантового компьютера. На таком фоне наш 50-кубитный "квант", честно говоря, не впечатляет…

Алексей Федоров: У нас уже есть 70-кубитный. Такие системы созданы и работают в ФИАНе, МГУ и Российском квантовом центре. Эта работа ведется в рамках дорожной карты при поддержке и координации Госкорпорации "Росатом". Ее цель - создать до 2030 года системы из 300 хорошо контролируемых кубитов, а также реализация квантовых алгоритмов. Общее финансирование из всех источников до 2030 года превысит 29 миллиардов рублей.

Главная проблема нашей наукоемкой техники - импортные комплектующие. Санкции ее только обострили. Мы способны создать полностью отечественный квантовый компьютер?

Алексей Федоров: Я не уверен, что такая постановка задачи в полной мере корректна. Есть огромное количество компонентов, материалов и деталей. Налаживать производство всего этого ради нужного нам количества квантовых компьютеров может быть экономически нецелесообразно. Многие компоненты доступны на массовом рынке, и у нас есть разные поставщики.

Важно понимать и контролировать ключевые технологии, создавать архитектуру компьютера и производить его основные элементы в России - например, ионные ловушки и специальные типы лазеров. Речь о контроле над ключевыми компонентами, а не о том, чтобы все-все детали были отечественными. По крайней мере, на текущем этапе. Такая работа уже ведется: в рамках дорожной карты создаются прототипы поверхностных ионных ловушек нового поколения.

Прочитал новость, которая, думаю, удивит не только скептиков. На Международной квантовой конференции в 2027 году будут обсуждаться совместные с бизнесом пилотные проекты. У нас большая проблема вообще заманить бизнес в науку, а тут "кванты"… Неужели кто-то готов участвовать, учитывая, что бизнес хочет "здесь и сейчас", а реальный компьютер пока не стучится в двери?

Алексей Федоров: Конференцию по квантовым технологиям наш центр проводит раз в два года. В Москву приезжают ведущие ученые со всего мира, чтобы обсудить последние достижения. Сотрудничество помогает эффективнее решать научные задачи.

Что касается бизнеса, в квантовом центре мы реализуем около десяти пилотных проектов с индустриальными партнерами. Вместе оцениваем, где квантовый компьютер может быть им полезен и какие задачи способен решать эффективнее. Ряд проектов реализуем в интересах Газпромбанка - ключевого партнера и инвестора Российского квантового центра. Кроме того, совместно с "Росатомом" участвуем в отраслевой программе пилотов для предприятий атомной отрасли.

Визитная карточка

Алексей Федоров родился в Москве 1 ноября 1993 года. В 15 лет поступил в МГТУ им. Баумана. В 26 лет стал самым молодым профессором МФТИ. Он создал первый в мире квантовый блокчейн. С 2019 года Алексей руководил научной группой "Квантовые информационные технологии" Российского квантового центра, а в сентябре этого года назначен его генеральным директором. Он автор более 100 публикаций в престижных журналах, их цитирование превышает 3500. Его индекс Хирша 38.

Как конкретно с бизнесом ищете для него сферу интересов?

Алексей Федоров: Бизнес ставит задачу: например, оптимизировать производственный процесс или рассчитать последовательность химических реакций. Мы анализируем ее теоретически, чтобы понять, есть ли вообще предпосылки для применения квантового компьютера.

Затем выбираем алгоритмы, проводим моделирование в небольшом масштабе и оцениваем ресурсы - количество кубитов и точность операций, необходимые для более эффективного решения, чем на классическом компьютере. Иногда выясняется, что квантовый компьютер здесь не нужен: мы находим более эффективное классическое решение, о котором заказчик не знал. То есть пилот дает ценные знания: где квантовый компьютер может быть полезен конкретному заказчику и какие характеристики системы потребуются. Это и есть основной результат такой работы.

Справка "РГ"

Обычные компьютеры работают с битами, которые могут быть либо в состоянии 0, либо 1. Квантовые компьютеры используют кубиты, которые помимо состояний 0 и 1 могут находиться в обеих этих состояниях одновременно. Это явление известно как суперпозиция и делает квантовые компьютеры мощными устройствами. Это позволяет им во много раз быстрее решать определенные задачи за счет параллельного выполнения сразу нескольких операций.