Согласно «дорожной карте» «Росатома», на развитие квантовых вычислений до 2024 года могут в России потратить 23,7 млрд руб., пишет «Коммерсантъ». Бюджетная часть финансирования составит 13,3 млрд руб., за нее будет отвечать Российская венчурная компания. 1,5 млрд руб. внебюджетной части составят собственные средства «Росатома».

В рамках проекта планируется создавать ПО под запросы бизнеса, сейчас ведутся переговоры с 25 компаниями, среди которых — Сбербанк и «Сбербанк-Технологии», Газпромбанк, «Сибур», «Газпромнефть». Деньги, заложенные в «дорожной карте» «Росатома», говорят собеседники издания. За рубежом крупные компании поодиночке вкладывают больше денег, чем в России на один проект. Однако при этом Россия в развитии квантовых вычислений не отстает, отмечают эксперты.

РЖД и «Ростех» сейчас дорабатывают свои «дорожные карты».

В недавно опубликованной статье исследователи из компании Google заявили о достижении «квантового превосходства» — решении на квантовом компьютере задачи, которую не в состоянии решить за обозримое время современные суперкомпьютеры. Разработку квантовых компьютеров, помимо Google, ведут компании IBM, Amazon, Honeywell, Microsoft и многие другие. Не пора ли торговым партнерам и реселлерам готовиться к появлению на рынке готовых для использования технологий квантовых вычислений?

Аналитик Gartner Мартин Рейнольдс полагает, что в настоящее время лишь крупнейшие реселлеры и системные интеграторы обладают необходимыми ресурсами для инвестиций в квантовые технологии. Компания, выпускающая, например, удобрения, пока не сможет использовать квантовые технологии для разработки новых сортов. Но крупная компания-интегратор, размером сопоставимая с DXC, могла бы открыть направление услуг в области квантовых технологий, и компании стали бы обращаться к ней за консультациями, считает аналитик. Впрочем, полагает он, квантовые вычисления вряд ли станут применяться массово. Разные аналитики оценивают время, необходимое для разработки коммерческих вариантов квантовых вычислений, в 5-10 лет.

Результаты эксперимента, выполненного на квантовом компьютере Google Sycamore, показывают, что квантовая архитектура вполне способна работать так, как ожидается в теории. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Конечно, поставить подобный эксперимент было непросто. Первым препятствием стала формулировка задачи. В конечном итоге исследовательская группа компании решила остановиться на сравнении результатов компьютера Sycamore с результатами современного классического суперкомпьютера при считывании состояния псевдослучайной квантовой схемы. Все сводилось к решению вычислительной задачи, которая должна была стать довольно простой для Sycamore, но крайне сложной для суперкомпьютера, построенного на традиционной кремниевой основе.

«Поскольку в случайных схемах нет структур, которые могли бы использовать классические алгоритмы, эмуляция квантовых схем требует от классического суперкомпьютера колоссальных усилий», – пояснил Джон Мартинис и Серхио Бойхо, возглавляющие исследовательскую группу.

Архитектура Sycamore существенно упрощает процесс. Квантовый компьютер представляет собой двумерный массив из 54 трансмонных кубитов, выстроенных в прямоугольной решетке таким образом, что каждый кубит соединен с четырьмя соседними. По словам исследователей, это означает, что Sycamore способен изменять значения битов в рамках всего процессора гораздо быстрее, чем классический компьютер обрабатывает нули и единицы. А это принципиально меняет характер управления информацией в системе.

В Google назвали эксперимент «квантовым превосходством», продемонстрировавшим, что Sycamore и его наследники многократно превосходят классические компьютеры при проведении некоторых видов вычислений.

И хотя сами по себе вычисления, выполненные в эксперименте, были не особенно полезны, генеральный директор Google Сундар Пичаи в интервью изданию Technology Review Массачусетского технологического института сравнил их с первым полетом братьев Райт в Китти Хоук.

«Первый полет самолета длился всего 12 секунд, а потому не имел практической ценности, – указал он. – Но эксперимент показал, что самолеты могут летать в принципе».

По словам исследователей, можно ожидать, что вычислительная мощность квантовых компьютеров будет расти с двойной экспоненциальной скоростью, а значит реальное применение технологии уже не за горами. В сотрудничестве с академическими институтами и частным сектором компания намерена работать над дальнейшим развитием квантовых вычислений.

Некоторые критики, впрочем, не согласились с доводами Google. В компании IBM, являющейся конкурентом Google в области квантовых вычислений, заявили, в частности, что представленные здесь классические временные рамки были слишком длинными, а исследователи Google не принимают во внимание в полной мере возможности современных суперкомпьютеров.

«Мы утверждаем, что идеальное моделирование той же самой задачи на классической системе можно выполнить за два с половиной дня, причем с гораздо более высокой точностью, – говорится в публикации IBM. – В силу очень сложного характера оценки соответствующих показателей сообществу следует с известной долей скептицизма относиться к заявлениям о том, что квантовый компьютер может выполнять то, на что классический неспособен».

Поздравляем: вам повезло жить в период достижения, возможно, самой важной вехи в истории компьютеров — «квантового превосходства». Вне всякого сомнения, она имеет как минимум такое же значение, как создание Интернета, а ее последствия для информационной безопасности одновременно восхищают и пугают.

Что такое «квантовое превосходство»

Не так давно журнал Fortune сообщил, что компания Google, один из сильнейших участников гонки по созданию применимых на практике квантовых компьютеров, ненадолго опубликовала на сайте НАСА научно-исследовательский доклад о достижении квантового превосходства. Это означает, что квантовый компьютер продемонстрировал способность сделать нечто, чего классический компьютер не может, то есть достиг беспрецедентной скорости вычислений или решил математическую задачу, с которой традиционная машина просто не справится. Судя по отчету Google, компании, похоже, удалось и то, и другое: сообщается, что ее квантовая система за три минуты выполнила вычисления, на которые у самого быстрого в мире компьютера ушло бы десять тысяч лет.

Через несколько часов после публикации Google удалила отчет. Да, это может означать, что квантовое превосходство на самом деле еще не достигнуто. Но вряд ли это так, иначе зачем вообще нужно было публиковать подробный доклад, а потом воздерживаться от комментариев? Исследователи из Google, IBM и китайских организаций публично заявляли, что квантовое превосходство будет достигнуто уже в этом году. Так что, вероятно, доклад просто был опубликован раньше времени в нарушение ранее согласованной тактики пиара.

Мне, как автору книги о квантовых вычислениях и шифровании под названием «Криптографический апокалипсис», вполне понятно подобное поведение Google. Квантового превосходства ждали, начиная с 1959 года, когда Ричард Фейнман впервые заговорил о возможностях использования квантовой механики для реализации новой парадигмы вычислений. И вот этот день, по всей видимости, настал. Одна из важнейших перемен, которая надвигается благодаря возможностям квантовых вычислений, состоит в том, что мы больше не сможем полагаться на защищенность традиционных средств шифрования.

Криптографический разлом

«Чистая» вычислительная мощность квантовых систем при решении многих задач не такая уж и выдающаяся. Есть даже немало случаев, когда квантовые компьютеры будут работать медленнее, чем классические. Однако существует два вида задач, в которых квантовые системы обещают превосходство.

Одна из таких задач — неструктурированный поиск. При использовании квантового алгоритма перебора, разработанного Ловом Гровером, квантовые системы обеспечивают при неструктурированном поиске квадратичное ускорение. В частности, квантовая система вдвое ослабляет системы шифрования на симметричных ключах и хеш-функции. То есть, криптостойкость алгоритма AES-256 падает до уровня AES-128, SHA2-256 — до SHA2-128 и т. д. Соответственно, чтобы защититься от атаки квантовых компьютеров, следует удвоить длину ключей используемых вами алгоритмов симметричного шифрования и хеширования.

Второй класс задач, при решении которых у квантовых компьютеров имеется огромное преимущество, — это уравнения, оперирующие с очень большими простыми числами. Именно на таких уравнениях построено большинство современных алгоритмов асимметричного шифрования с открытым ключом. Еще в 1994 году физик Питер Шор показал, что задачи таких типов можно решить на квантовом компьютере за считанные минуты или даже секунды: нужно лишь достаточное количество кубитов, и все современные алгоритмы асимметричного шифрования вместе с цифровыми подписями лишатся своих защитных свойств.

Первый работоспособный квантовый компьютер был построен еще в 1998 году — он имел всего два кубита. Но даже этого оказалось достаточно, чтобы доказать, что при наличии нужного количества стабильных кубитов алгоритм Шора способен решить уравнение с простыми числами любых размеров. С тех пор коммерческие компании и исследовательские организации, работающие над созданием квантовых компьютеров (таких организаций сейчас более сотни) увеличивают число кубитов в своих системах и повышают их стабильность.

Достигнуто ли квантовое превосходство на самом деле?

На протяжении многих лет исследователи в области квантовых вычислений делали объявления о каждом, даже самом малом достижении в области увеличения числа кубитов и повышения их стабильности. А затем в прошлом году эти новости прекратились, но при этом было объявлено о приближении к квантовому превосходству.

Предположим, что Google удалось то, чего еще никто не достиг, — значительное повышение стабильности кубитов. Это означает, что и остальным удастся то же самое, если это уже не произошло.

После достижения квантового превосходства закономерно продолжится работа над созданием мощных квантовых компьютеров, которые взломают большую часть шифров, защищающих данные во всем мире.

Это означает, что HTTPS, TLS, Wi-Fi, цифровые сертификаты, аутентификационные токены FIDO, а также криптовалюты и другие блокчейны скоро будут взломаны или уже взломаны. Можно также предположить, что правительства перехватывают и сохраняют «защищенный» трафик противников в ожидании дня, когда появится возможность прочитать их секреты. Может быть, квантовое превосходство Google — это розыгрыш или поспешное заявление, но вряд ли. В любом случае, в организациях пришло время начать всерьез задумываться о планах миграции на постквантовые криптографические алгоритмы.

Канцлер Германии Ангела Меркель и глава IBM Джинни Рометти заключили соглашение об инициативе в области изучения потенциала квантовых вычислений. Немецкое правительство собирается вложить в проект 650 млн евро в течение двух лет, рассчитывая догнать в технологической гонке США и Китай.

IBM в следующем году установит квантовый компьютер Q System One в одном из своих центров в Германии. Это будет первый квантовый компьютер IBM, размещенный за пределами Соединенных Штатов.

Инициатива будет осуществляться в партнерстве с Обществом содействия прикладным исследованиям им. Фраунгофера. Ее цель — создать исследовательский центр и привлечь к квантовым вычислениям интерес научного сообщества. До запуска компьютера исследователям из Германии будет предоставлен доступ к американскому научно-исследовательскому форуму IBM Q Network.

Ученые смогут работать с системой через облако IBM. Ожидается, что квантовые компьютеры позволят эффективно решать ряд задач, от моделирования сложных молекулярных структур и химических реакций до создания мощного искусственного интеллекта. В Обществе Фраунгофера также рассчитывают воспользоваться возможностями квантовых вычислений для анализа финансовых рисков и портфелей.

Группа исследователей из Китая и Австрии телепортировала трехуровневые квантовые состояния – кутриты. Об это сообщает «РИА Новости» со ссылкой на журнал Physical Review Letters. Опыт показал, что квантовую информацию можно передавать от одной частицы другой на расстоянии без их физического взаимодействия. Для этого фотону нужно пройти по одному или нескольким путям одновременно. В проведенном исследовании фотон был одновременно расположен во всех трех оптоволокнах. Разветвитель направляет фотоны через несколько входов и выходов, соединяя вместе все оптоволокна.

В марте физики из России (МФТИ), США и Швейцарии заставили облачный квантовый компьютер IBM вернуться на долю секунды в прошлое, «нарушив» второй закон термодинамики. Ученые искусственно создали такое состояние системы, которое само развивается в обратную сторону. В результате этого кубиты на мгновение вернулись в свое исходное состояние.

Открытие китайских и австрийских ученых расширит возможности квантовых компьютеров: благодаря многоуровневым квантовым системам можно будет передавать больше информации.

Компания «Инфотекс» и Центр квантовых технологий МГУ презентовали первый в России телефон с квантовой защитой связи ViPNet QSS Phone, пишут «Ведомости». Он представляет собой стационарный IP-телефон, подключенный к клиенту квантового распределения ключей и серверу.

Пара квантовых телефонов может надежно сформировать общий секретный ключ, которым будет шифроваться общение собеседников, говорят в «Инфотексе». Секрет заключается в том, что в квантовой передаче информации используются частицы – фотоны. У них невозможно измерить состояние (и потому – считать с него нужную информацию), не изменив этого состояния. Система создает два случайных числа для обоих собеседников, которыми они обмениваются с помощью фотонов, и вырабатывает общий ключ. Именно он и шифрует основной трафик.

«Инфотекс» инвестировал в проект 700 млн руб., из которых 140 млн руб. – субсидия Министерства образования и науки РФ. Продукт также частично финансируется за счет Национальной технологической инициативы, которая выделила Центру компетенций по квантовым технологиям 600 млн руб. до 2021 года.

Серийное производство первых квантовых телефонов должно начаться к концу этого года. «Инфотекс» планирует продавать его в первую очередь крупным корпорациям.

Российский квантовый центр и НИТУ МИСиС разработали «дорожную карту» развития квантовых технологий, сообщает «Коммерсантъ». Согласно документу, к 2024 году Россия сократит отставание по некоторым направлениям, например, таким как квантовые вычисления, и выйдет на мировой уровень по другим, заняв 8% глобального рынка квантовых коммуникаций. На это потребуется 44 млрд руб.

Разработчики «дорожной карты» считают, что почти половина суммы (21,41 млрд руб.) необходима на гранты на проекты по разработке и применению технологий, 6,8 млрд руб.— на проекты по внедрению, 5,4 млрд руб.— на поддержку исследовательских центров, 4,42 млрд руб.— на поддержку компаний-лидеров. Источники финансирования еще не обсуждались, пояснили в РКЦ. На первом этапе стояла задача сформировать общее понимание бюджета.

Проект охватывает три направления использования квантовых технологий: квантовые вычисления (компьютеры), квантовые коммуникации и квантовые сенсоры. Последние можно использовать в навигации и медицине, квантовые коммуникации — для обеспечения безопасности, квантовые компьютеры — для развития искусственного интеллекта.

Для развития квантовых технологий предполагается создание отдельной структуры, учредителями которой могут стать «Российская венчурная компания», «Ростех», «Росатом», «Ростелеком», Газпромбанк, Сбербанк, «Сколково» и др. Среди возможных исполнителей и заказчиков проектов также перечислены «Яндекс», Mail.ru Group, сотовые операторы, «Инфотекс», «КриптоПро» и пр.

24 мая «дорожную карту» рассмотрит наблюдательный совет АНО «Цифровая экономика», после этого – правительство. Эксперты полагают, что о возможном успехе говорить рано, поскольку технологии развиваются очень быстро, и то, что сейчас актуально, к 2024 году может устареть. Собеседники издания приводят в пример нанотехнологии, которые государство одно время активно поддерживало.

Физики из России (МФТИ), США и Швейцарии заставили облачный квантовый компьютер IBM вернуться на долю секунды в прошлое, «нарушив» второй закон термодинамики, сообщает «РИА Новости» со ссылкой на Scientific Reports. Ученые искусственно создали такое состояние системы, которое само развивается в обратную сторону. Объединив два или три кубита, исследователи заполнили ячейки машины определенным набором чисел и начали манипулировать их содержимым так, что уровень хаоса внутри этой квантовой системы стал быстро расти. Когда энтропия достигла определенной точки, работой кубитов начала управлять другая программа, которая перевела их в такое состояние, что их дальнейшая развитие стало идти не в сторону хаоса, а порядка. В результате этого кубиты на мгновение вернулись в свое исходное состояние.

Одной из основ современной физики является постулат о том, что время в нашей Вселенной движется исключительно в одном направлении, из прошлого в будущее. Три года назад ученые обнаружили, что данное правило может нарушаться на квантовом уровне. После этого при помощи уравнения Шредингера они просчитали, может ли электрон, находящийся в пустом пространстве, вернуться на миг в прошлое. Оказалось, частица действительно способна вернуться в состояние, в котором она находилась пару мгновений назад. Однако подобные события крайне редки – это может случиться примерно один раз за все время существования Вселенной, причем время «перемотается» назад всего на 0,06 наносекунды.

Эксперименты ученых увенчались успехом только в 80% случаев для двух ячеек памяти и лишь в половине попыток для трех кубитов. В ближайшее время команда исследователей планирует разработать более эффективные алгоритмы, которые позволят физикам манипулировать состоянием большего числа кубитов.

Ученые из Новосибирского государственного технического университета создали и испытали многоканальный малошумящий источник тока, который может быть использован для задания рабочих режимов в многокубитных системах, в частности, для задания режимов работы в квантовом компьютере.

Электронные компоненты, из которых состоят источники электрического тока, имеют определенный уровень «шума» – случайных явлений, которые приводят к изменению характеристик тока. В квантовом компьютере кубиты (основные элементы вычислителя) очень чувствительны к изменениям тока, задающего их режим работы. Малейшие «шумы» компьютер может воспринять как изменения обрабатываемой информации и выдать ложный результат. Поэтому в квантовом компьютере для задания рабочих режимов нельзя применять обычные источники тока, объяснили в НГТУ.

До сих пор для исследований, связанных с созданием российских кубитов и квантового компьютера, использовались дорогостоящие зарубежные малошумящие источники тока. Теперь у российских исследователей появилась возможность воспользоваться российской разработкой, не уступающей иностранным аналогам, считают в НГТУ.

Устройство разработано в Лаборатории квантовой криогенной электроники НГТУ, где с помощью специальной установки удается добиться температуры, близкой к абсолютному нулю (–273 градуса Цельсия). Именно при такой температуре возникает эффект сверхпроводимости, лежащий в основе работы квантовых битов.