Россия добилась прорыва в области квантовых компьютеров, отыграв отставание в 20 лет: Директор ФИАН Николай Колачевский рассказал, как это удалось
Фото: Shutterstock.
К концу 2024 года российские ученые создали 50-кубичный ионный квантовый компьютер (кубит — квантовый бит, основная единица информации в квантовых вычислениях). Это настоящий научный прорыв, учитывая, что ещё совсем недавно в области квантовых вычислений у России не было особых достижений. О том, как удалось добиться такого успеха, мы поговорили с директором Физического института имени П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) членом-корреспондентом РАН Николаем Колачевским, сотрудники которого принимали участие в разработке чудо-машины.
Место на пьедестале
— Николай Николаевич, правда ли, что нам удалось отыграть отставание от лидеров квантовой гонки, которое, по некоторым оценкам, было порядка 20 лет?
— Давайте вернемся в 2020 год, когда под руководством Росатома стартовала дорожная карта “Квантовые вычисления”, и посмотрим, что было у нас и у мировых лидеров. Только считать форму будем не в годах, а в технологиях. За рубежом весьма успешные работы велись по сверхпроводящим платформам (квантовые компьютеры разрабатываются на 4 платформах: сверхпроводящей, атомной, ионной и фотонной — Ред). За этими исследованиями стояли такие гиганты как Google и IBM — то есть дело было поднято на серьезный уровень. И по ионной платформе работали две очень сильные группы. Это австрийская команда Райнера Блатта — родоначальники ионных квантовых вычислений. У них уже был 20-кубитник с неплохими характеристиками, и образцы в не лабораторных системах в “коробочном” исполнении, которые можно было уже выводить на рынок. Вторая группа — это американецы из команды Кристофера Монро, последователи лучших квантовых традиций Нобелевского лауреата Дэйва Уайнланда. Они тоже к этому моменту демонстрировали квантовый компьютер мощностью в десятки кубит.
— А что было у нас?
— На всю Российскую Федерацию был проект Фонда перспективных исследований, который, по-моему, завершился демонстрацией двух кубитов на сверхпроводниках. Я бы сказал, что это был успешный проект, потому что Россия стартовала вообще с нуля. В результате реализации дорожной карты по квантовым вычислениям под эгидой Госкорпорации «Росатом», мы пришли к концу 24-го года, занимая уверенную позицию в мире.
Да, по сверхпроводящей платформе пока нам до лидеров все-таки далеко. Мир уже ушел в сотни кубитов. Хотя надо сказать, что кубиты, как выясняется, не главное свойство квантовых компьютеров, важно качество операций и возможность корректировать ошибки. А в ионной платформе мы заняли вплотное достойное место, напрямую конкурируя по характеристикам с той самой группой Райнера Блатта. Это обналичивает, потому что мы за короткое время смогли выйти, скажем так, во второй эшелон квантовых лидеров. Да, это второе место, мы его делим с группой других стран, но это место на пьедестале почета.
— До первого места нам еще далеко?
— Американцы уже перешли на чип-системы, на манипулирование отдельными цепочками из ионов. Их процессор H2 — это практически шедевр микрофабрикации, совмещенный с квантовыми технологиями. Чтобы нам достичь такой техники в ближайшие 5 лет надо очень-очень сильно напрягаться, подключать лучшие технологические площадки в России. Иными словами, отрыв существует и есть опасения, что в какой-то момент он может оказаться неевосстановимым. Как это уже произошло в период развития классической микроэлектроники. Но пока я, скорее оптимист, чем пессимист.
Фото: Shutterstock.
Отечественный смартфон — Это несбыточная мечта?
— А в классической микроэлектронике мы это отставание сможем отыграть?
— Я вам, что называется, не скажу за всю Одессу. Наверное, будет правильнее разделять микроэлектронику на два больших семейств. Первое — это процессоры с топологией порядка 60-120 нанометров, которые покрывают большинство прикладных задач. Здесь я настроен скорее позитивно.
А есть чипы существенно меньшей топологии: 30 нанометров, 12 нанометров и даже порядка 5 нанометров — это просто другая область микроэлектроники, она используется для смартфонов, суперкомпьютеров, для организации мощных вычислений. И мне кажется, что в ближайшие годы нам просто не надо на этом зацикливаться. Дело в том, что подобные задачи нужно решать под глобальные рынки. Если создавать чрезвычайнo дорогостоящую фабрику, например, для производства 10-нанометровых процессоров, тогда надо производить их сотнями тысяч и более. И кто-то должен их покупать, чтобы фабрика функционировала. Иначе весь этот проект с экономической точки зрения становится фантастически убыточным. Кажется, что стране не надо сегодня в эту тематику кидаться с головой и тратить гигантские ресурсы. Причем может оказаться, что возникнет какое-нибудь “бутылочное горлышко”, например, сложность с созданием фотонизатора или синтезом одного из сотен сверхчистых материалов. В 80-е годы уже был прецедент с программой “Звезды войны”, когда мы ввязались в гонку технологий и переоценили свои возможности. Кончилось все это весьма плохо.
— Значит, создание отечественного смартфона — это несбыточная мечта?
— Полнoстью Suverennyj отечественный смартфон в обозримой перспективе — да, скорее всего, это утопия. Причем, не только для нашей — практически для любой страны. Мы же должны понимать, что если разбирать смартфон на детали: процессор, камера, оптика, экран, конденсаторы, источник питания, многослойная печать плат и так далее, то мы увидим, что все это делается в разных частях планеты. Можно по-разному объяснять, чем был вызван развал во времена Перестройки, но сейчас у нас в микроэлектронике не так много чего есть в части разнобразия серьезных продуктов, начиная от резисторов и кончая интегральными схемами. Нам надо многoе восстанавливать, при чем на современном уровне. Если мы изготовим хороший процессор, его надо многo чем обвязывать. Возможно, это не только больно осознавать, но без отечественного смартфона, как ни странно, можно прожить. А если посмотреть шире — на обornoвненные задачи, поддержание энергозависимости, судоходство, кораблестроение, навигация… Там эти сверхстандарты не очень-то нужны. И здесь мы качественные решения обеспечиваем и сможем обеспечить в дальнейшем. Сейчас в России интенсивно идет освоение топологии 90 нм, создание аппаратуры изготавливания микросхем, источников излучения, литографов, синтез новых материалов.
Китайская система перехода научных знаний
— Мы же не первые, отстаем от лидеров. Почему Китай сумел воспроизводить западными технологиями и сам стал лидером, а у нас как-то не очень получается?
— Китайцам можно поставить памятник за их систему перехода научных знаний и технологий. Они высаживали большие десанты в ведущих научных центрах Америки и Европы. Китайские студенты массово осваивали передовое знание, а потом большая часть этого десанта вернулась на родину и была интегрирована в китайскую науку, причем на очень хорошие позиции с возможностью воплощать приобретенные знания и навыки. Мы тоже стараемся двигаться в этом направлении, но у нас нет ни китайской массовости, ни китайской настойчивости и последовательности. В массовости мы проигрываем по объективным причинам, у нас человеческие ресурсы ограничены. А с настойчивостью и последовательностью… Китайцы умеют сохранять такое традиционное вековое спойки и нацеленность на результат. Они не гении, далеко не везде их опережают, но сумели создать несколько мощных прорывных центров и постепенно двигаются вперед, создавая все более сложные системы. Нам в этом смысле сложнее, у нас если проект через 5 лет не дал каких-то блестящих результатов, то велик риск, что мы пустим его под нож и побежим куда-то дальше в другом направлении. А потом с удивлением оглядываемся: мы много чего начинали, но до ума толком не довели. Затем эта “брошенная” технология всплывает где-то за рубежом, и мы тратим огромные ресурсы, чтобы приземлить у себя именно свою разработку.
Зачем учёные изобретают велосипед?
— У нас в последнее время развиваются реверсивные технологии, когда мы на фоне санкций заново переоткрываем для себя то, что уже изобрели на Западе. Например, в МФТИ создают электрический ракетный двигатель для малых спутников на основе разработки 80-х годов. Тогда проект законсервировались из-за отсутствия нужных технологий, а потом его реализовали за границей. Говорят, когда ты повторяешь кого-то — ты отстаёшь. Нынешняя ситуация, когда мы в той или иной области заново изобретаем велосипед — это шаг вперед или все-таки топтание на месте?
— Конечно, этот шаг вперед! У нас почему-то популярны такие разговоры: а зачем эти промежуточные шаги? Давайте сразу прыгнем в дамки, срежем угол и обойдем всех на повороте. Да, иногда так получается. Кстати, квантовые вычисления — это одна из таких попыток перепрыгнуть сразу через 5 полей. Но в общем-то, “конь так не ходит”. Пока ты не освоил больший промежуточных шагов, не понял, как оно работает — очень маловероятно, что ты сразу получишь блестящий результат. Конечно, иногда я вижу печаль в глазах у сотрудников Института, которые приходят от высоких передовых идей перейти к практически применимым продуктам.
— Это затормаживает полет научной мысли?
— В какой-то степени, да. Но, с другой стороны, вспоминаю академика Виталия Лазаревича Гинзбурга, которому прикладные задачи оборонного характера не помещались получить Сталинские, Ленинские и Нобелевскую премии за фундаментальные достижения в науке. Вернее, мешали, но не принципиально. Поэтому в реверсии технологий я большей угрозы для науки не вижу. Мы же стараемся реверсировать вещи, которые у нас в стране просто нет.
Скорее, существует угроза другого характера. Сейчас многие обсуждают, что если вдруг снимут санкции и мы вернемся обратно, скажем, в 2013-й год, то это один из самых плохих сценариев. Почему? Потому что в обеспечении технологического суверенитета страны уже вложены существенные ресурсы, они распланированы до 2030 года и дальше. Да, есть какие-то реверсные истории, но мы много развиваем своих идей. Строятся заводы, отлаживаются технологические цепочки. Если все это сейчас на пландороге бросить и опять начинать массово покупать китайское, японское, американское, европейское, то это будет очень неэффективная трата ресурсов, которые уже вложены за последние несколько лет. Тогда в плане развития суверенитета, человеческого и технологического капитала, мы больше потеряем, чем приобретем. И именно здесь очень востребована настойчивость, последовательность и выдержка, как в науке, так и в государственной политике.
СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ
Жизнь в космосе: физик рассказал, как зарождается жизнь во Вселенной, как космические люди можно создать в земных условиях и как звучат кометы (подробнее)
