Квантовые технологии в РФ в 2024 году: путь к новым открытиям
Квантовые технологии, открывающие двери в новую эру научных открытий и инноваций, становятся всё более актуальными для России. И 2024 год обещает стать важным этапом на пути к развитию этого высокотехнологичного направления. На фоне глобального научного прогресса и сокращающихся ресурсов традиционных технологий, страна стремится занять достойное место в мировом квантовом пространстве.
Совсем недавно в России представили третий в мире 50-кубитный квантовый компьютер, разработанный отечественными учёными. Этот вычислитель позволил стране войти в тройку государств, имеющих собственные квантовые компьютеры на основе сверхпроводников, ионов, нейтральных атомов и фотонов.
Вместе с тем квантовые технологии на сегодняшний день становятся одной из самых обсуждаемых и перспективных тем на рынке информационных технологий (ИТ). Ожидания от их внедрения высоки — прорывы прогнозируются не только в самих квантовых системах, но и в смежных областях, таких как криптография, блокчейн и искусственный интеллект. Эти прорывы могут существенно изменить и такие практические отрасли, как химическая промышленность, фармацевтика и связь.
Аналитические компании единодушны в своих прогнозах: рынок квантовых решений, включающий ПО, оборудование и услуги, будет расти с поразительной скоростью. Ожидается, что среднегодовой темп роста превысит 30%. Если в 2023 году объём рынка колебался в пределах 800-900 млн долл., то к 2030 году он может вырасти до внушительных 4,9-5,3 млрд долл.
Компания McKinsey взяла на себя амбициозную задачу заглянуть в будущее, представив прогнозы, которые охватывают период до 2040 года. Их оценки размера «экосистемы квантовых технологий» поражают своим разбросом — от 11 до 106 млрд долл. Эта масштабная картина включает в себя различные сегменты квантовых решений.
Так, на долю квантовых вычислений, согласно прогнозам, сможет прийти от 9 до 93 млрд долларов. Квантовые коммуникации, обеспечивающие защиту от взлома даже самых мощных квантовых компьютеров, могут занять от 1 до 7 млрд долларов. Не остаются в стороне и квантовые сенсоры — датчики, созданные на основе квантовых технологий, которые обещают поразить своей чувствительностью, превосходящей возможности традиционных устройств. Их рынок может варьироваться от 1 до 6 млрд долларов.
Согласно прогнозам «Рексофт Консалтинг», российский рынок квантовых вычислений к 2030 году вырастет до 45 млрд рублей, а к 2040 году может составить 6% мирового рынка.
Почему России важно стать частью «квантового мира»? И зачем экономике нужны квантовые компьютеры?
Инвестиции и государственная поддержка
Советско-российская школа квантовой физики заслуженно занимает одно из ведущих мест в мировом научном сообществе. Все Нобелевские премии по физике, присуждённые советским и российским учёным, связаны с выдающимися достижениями именно в этой области. Однако в 1990-х и начале 2000-х годов школа испытала на себе последствия массовой эмиграции ученых, что, с одной стороны, стало большим ударом, а с другой — способствовало формированию мощной русскоязычной международной научной диаспоры в квантовой физике.
Тем не менее, в России по-прежнему функционирует множество научных групп, проводящих исследования на мировом уровне. Последние тенденции, такие как возвращение российских учёных, добившихся успеха за границей, и привлечение зарубежных специалистов, создают благоприятные условия для прорыва в области квантовых технологий. Это, в свою очередь, открывает возможность для страны занять лидирующие позиции в отдельных направлениях этой перспективной научной сферы.
Чтобы работа над квантовыми технологиями была более систематизирована, в 2020 году в России приняли дорожную карту «Квантовые вычисления», которая с тех пор реализуется под руководством госкорпорации «Росатом». Документ является частью федпроекта «Цифровые технологии», что входит в состав нацпрограммы «Цифровая экономика РФ».
В квантовом сегменте работают как государственные органы, в числе которых Минкомсвязи, Минэкономразвития и другие, так и коммерческие компании, такие как Газпромбанк и Сбербанк. Конечно, в проекте также задействованы Российский квантовый центр, Центр квантовых технологий МГУ и НИТУ «МИСиС». Участники разрабатывают производственную базу, прототипы квантовых решений и готовят квалифицированные кадры.
Государственные вложения в реализацию дорожной карты до 2024 года составили более 23 млрд рублей. А до 2030 года в разработки планируется инвестировать 68,9 млрд рублей. Однако согласно содержанию нацпроекта «Экономика данных», свыше 50% от этой суммы — это средства не из государственного бюджета, более того, федеральное финансирование к завершению проекта власти планируют сократить.
За ними — будущее российского ИТ-рынка
Одним из главных векторов развития квантового направления является создание мощных вычислителей.
Первый российский квантовый компьютер был создан не так давно — в 2019 году силами специалистов Национального исследовательского технологического университета (НИТУ) «МИСиС». В том же году 2-кубитный вычислитель успешно протестировали и выявили, что он способен выполнять алгоритм перебора для функции. Разработка перешла порог в 50% вероятности верного ответа, дойдя до 53%.
Позже, уже в 2021 году, учёные Национальной квантовой лаборатории совместно c РКЦ и ФИАНом разработали 20-кубитный квантовый компьютер на ионной платформе. А в 2023-м НИТУ «МИСиС» представил свету 8-кубитный процессор на базе сверхпроводников. Этот вычислитель стал первым в стране компьютером с точностью выполнения операций в 95%.
Ещё спустя некоторое время в России показали в работе первый суверенный 12-кубитный компьютер, работающий на сверхпроводниках.
Вот так небольшими, но уверенными шагами страна идёт к квантовому будущему. Однако, несмотря на прогресс в этой области, российские квантовые процессоры всё ещё ограничены по количеству кубитов, а сами компьютеры остаются в стадии экспериментов. Это не позволяет разрабатывать и внедрять значимые алгоритмы. Ожидается, что настоящие промышленные квантовые компьютеры в нашей стране появятся не ранее 2028–2030 годов.
А пока реальные бизнес-задачи решаются с помощью эмуляторов квантовых вычислений, которые обладают большей вычислительной мощностью по сравнению с доступными экспериментальными устройствами.
Как отмечает сооснователь Российского квантового центра Руслан Юнусов, идея квантового компьютера зародилась в 80-е годы. Сегодня компании создают вычислители с сотнями кубитов. Прорывы в квантовых технологиях произошли в США и Китае, показав уникальные возможности. Квантовые вычисления приближают нас к будущему, где мощные машины решают невозможные задачи. Квантовая эра наступает после долгого пути от идеи к реальности.
Зачем экономике квантовые технологии?
По словам научного сотрудника Российского квантового центра и лаборатории квантовых информационных технологий Университета МИСиС, аспиранта МФТИ Алёны Мастюковой, квантовый компьютер представляет собой уникальное вычислительное устройство, которое работает на основе принципов квантовой физики, отличаясь от традиционных классических систем. Основой этой новой технологии служат кубиты — элементарные единицы информации.
Если в привычном компьютере информация измеряется битами, которые могут принимать лишь два состояния: 0 и 1, то кубит способен находиться в нескольких состояниях одновременно. Этот феномен называется суперпозиция: кубит может быть и нулём, и единицей, и чем-то посередине — с определёнными коэффициентами.
Таким образом, с помощью этих технологий словно можно перебираться из привычного двухмерного мира в захватывающее трёхмерное или даже многомерное пространство, где возможности вычислений увеличиваются в геометрической прогрессии.
Квантовые вычисления — это технология, находящаяся в начале своего пути, и рынок коммерческих квантовых вычислений только начинает зарождаться. Однако уже сейчас впору предвидеть их широкое применение в различных отраслях. В первую очередь, это решение сложных оптимизационных задач. Кроме того, внедрение квантовых вычислений обещает качественные преобразования в виде повышения точности решений, ускорения вычислительных процессов, снижения затрат на вычисления и расширения их возможностей.
Например, компания Mercedes-Benz активно использует квантовые вычислительные мощности для моделирования процессов в аккумуляторах. Это новаторский подход призван привести к созданию более вместительных и безопасных батарей нового поколения.
Не отстаёт и фармацевтическая индустрия. Так, компания Moderna успешно применяет квантовый алгоритм для предсказания стабильной структуры матричной РНК (мРНК), достигнув результатов, превышающих точность существующих технологий. Эти расчёты могут ускорить процесс и повысить эффективность разработки новых вакцин.
В нефтегазовой и горнодобывающей отраслях квантовые вычисления открывают горизонты для более детального моделирования геологии недр. Это позволяет с высокой точностью определять места для бурения скважин и оптимизировать процессы технического обслуживания, открывая путь к новым достижениям в этих ключевых секторах.
Так, исходя из практических примеров, видно, что квантовый компьютер — это не просто схема из фантастического романа, а реальность. Манипулируя отдельными атомами, он способен значительно ускорить процесс создания новых материалов и разработку инновационных лекарств. Однако, как мы уже заметили, потенциал этой технологии выходит далеко за рамки медицины и материаловедения.
Ключевое преимущество квантовых вычислений заключается в их способности взламывать современные системы шифрования, угрожая нашей информации. Но вместе с вызовами приходят и возможности: квантовая криптография обеспечивает защиту данных на новом, фундаментальном уровне.
Кроме того, появления полноценных квантовых компьютеров с нетерпением ожидают финансисты и климатологи. Для финансовых аналитиков это будет незаменимый инструмент для моделирования сложных рынков и оптимизации финансовых операций. Климатологи же смогут использовать вычислительную мощь квантовых технологий для составления более точных прогнозов климата и создания детализированных сценариев изменений.
Руководитель отдела исследований «Рексофт Консалтинг» Сергей Сурков отмечает, что технологии квантовых вычислений, хоть и представляют собой сложный и трудоёмкий для освоения процесс, уже сегодня открывают перед человечеством невероятные перспективы. Их мощность обещает произвести настоящую революцию в вычислительных процессах, меняя представления о возможностях современных технологий.
Государственные инвестиции в эту область становятся базисом для активных исследований и разработок, закладывая старт для масштабных изменений. Таким образом, можно сказать, что человечество находится на пороге технологического прорыва, который обещает изменить не только само понятие вычислений, но и оказать глубокое влияние на развитие бизнеса как в нашей стране, так и за её пределами.
