Опубликовано 19 марта 2021
16:10

О технологиях, способных перевернуть мир

ТГУ одним из первых в РФ создал центр квантовых технологий

 

Квантовые технологии обещают перевернуть мир, но пока развитие этого направления находится на стартовой позиции. За первенство в новой области борется ряд стран, включая Россию. ТГУ – один из первых российских университетов, на базе которых появился центр квантовых технологий. О том, почему их развитие сопряжено с рисками, что будет с обычными компьютерами, после того как появятся квантовые и за счёт чего ТГУ становится заметным на «квантовой» карте России, в интервью рассказал руководитель Центра квантовых технологий, декан РФФ Александр КОРОТАЕВ.

 

Россия вовремя откликнулась

 

– Александр Григорьевич, расскажите, как появилась идея заняться развитием квантовых технологий? У ТГУ уже был какой-то задел в этой области?

– Работа началась с подачи ректора ТГУ Эдуарда Галажинского, который оценил перспективы направления и посчитал, что университет мог бы этим заняться. У нас не было большого научного задела, скорее, имелся набор разрозненных компетенций, которые позволяли нам «ввязаться» в эту историю. Первая задача, которая перед нами стояла – собрать работоспособную группу, которая сможет вывести эти компетенции на уровень достаточный для того, чтобы вести борьбу за гранты, заниматься конструированием квантовых технологий и т.д.

Можно сказать, что ТГУ стал одним из первых университетов в России, которые взялись за развитие технологий нового класса. В МГУ квантовый центр официально открылся в 2018 году. Центр в ТГУ, сделал свои первые шаги в конце 2019 года. Тогда же к развитию данного направления приступили Казань, Санкт- Петербург и наши соседи – ТУСУР. Там, где в это были вложены средства, появился результат.

Центр квантовых технологий на базе ТГУ ведёт работу эту самостоятельно или есть партнёры?

– ЦКТ создан в ТГУ, но мы работаем в тесной кооперации с несколькими научными организациями, это Российский квантовый центр, Институт сильноточной электроники СО РАН, НИИ автоматики имени Н. Л. Духова («Росатом»), Иркутский филиал Института лазерной физики СО РАН и промышленными партнерами из г. Томск и г. Новосибирск.

– Александр Григорьевич, квантовые технологии начали развиваться сравнительно недавно. Лидер в этой области уже определился?

– Действительно, это новое направление, ему около 10 лет. Что касается лидерства, то спор за него ведут США и Китай. Но и Россия тоже претендует на первенство, поскольку наша страна успела вовремя откликнуться на этот вызов. Российский квантовый центр был создан в 2016 году. У российских учёных есть свои достижения в этой области.

 

Квантовое превосходство

 

– Многие что-то слышали про квантовые технологии, но очень немногие представляют себе, что это на самом деле, и почему эти технологии способны перевернуть мир?

– Основой квантовых технологий служат совершенно иные законы, нежели у технологий, которые мы сейчас используем. Это позволяет открывать перспективы, которые сейчас кажутся фантастикой. Например, с помощью квантовых технологий можно создать абсолютную защиту систем связи и информации. Защищённость будет обеспечена не за счёт методов криптографии, а именно на физическом уровне. Взломать такие системы без повреждения информации невозможно. Наряду с этим системы, построенные по законам квантовой физики, будут отличаться сверхбыстродействием. Скорость передачи информации увеличится не в разы, а на порядки в сравнении с тем, что мы сейчас имеем.

Другой пример квантовых технологий – это создание сверхчувствительных датчиков, позволяющих обнаруживать вещества на уровне одной молекулы. Но, пожалуй, главная цель, к которой идут учёные разных стран – создание квантового компьютера. Сегодня в мире уже есть около 10 прототипов, но пока они работают в исследовательском режиме. Со временем квантовые компьютеры достигнут требуемой производительности, так называемого квантового превосходства, и тогда многие задачи в самых разных отраслях будут решаться в тысячи раз быстрее.

Сферы использования могут быть самыми разными – медицина, фармакология, создание новых материалов, обеспечение безопасности, предсказание экологических процессов и т.д. При этом не следует думать, что обычные цифровые компьютеры уйдут с рынка. Нет! Но у каждого типа компьютеров будет своя ниша. Возможно, что новые поколения цифровых компьютеров будущего будут производиться на принципах фотоники, а не электроники, т.к. фундаментальный предел миниатюризации современной наноэлектроники «не за горами».

– Можно сравнить, во сколько раз квантовый компьютер будет мощнее самого быстрого на сегодня суперкомпьютера?

– Нет. Это разные категории, разные принципы организации расчётов. Это как сравнивать велосипед и самолёт – и то и другое движется, но совершенно по-разному, в основе разные физические принципы.

 

Кто готов рискнуть?

 

– Александр Григорьевич, насколько велика рабочая группа по квантовым технологиям, и кто в неё вошёл?

– В группе около 30 человек, это преимущественно молодые люди, седовласых учёных в ней немного, человек пять-шесть. Средний возраст разработчиков чуть больше 30 лет, в основном это аспиранты, но в коллективе есть и магистранты. Развитие квантовых технологий – задача очень непростая и в некотором смысле рискованная, молодые с большей готовностью берутся за такие вещи.

– Над чем сейчас работает коллектив центра?

– Например, ранее в ТГУ и ИСЭ СО РАН много лет велись исследования свойств оптических центров в алмазе для создания устройств оптоэлектроники. Затем поняли, что можно использовать NV-центры для создания физической основы квантового компьютера и отдельных элементов систем квантовых коммуникаций. Теперь исследования ведутся немного под другим углом – с прицелом на решаемые задачи. Параллельно совершенно случайно был обнаружен эффект сначала усиления излучения, а затем и лазерной генерации в этих системах. Это то, на чем работают ученые в мире, но пока никому не удавалось построить лазеры на основе таких квантовых систем. Удивительно или закономерно, но нам удалось! Теперь предстоит провести обширный цикл исследований в данном направлении, включая применение таких алмазных лазеров в оптических квантовых информационных технологиях.

 

Елена ФРИЦ

Фото пресс-службы ТГУ