Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 1424

Алексей Федоров «Winter is coming: эра квантового превосходства»

12 декабря в рамках новогоднего цикла «Рождественские лекции» в НИТУ «МИСиС» прошла лекция Алексея Федорова, посвященная разработкам в области квантовых технологий
Название изображения

12 декабря в рамках новогоднего цикла «Рождественские лекции» в НИТУ «МИСиС» руководитель научной группы Центра НТИ по квантовым коммуникациям и победитель первого рейтинга Forbes Russia в рейтинге «30 до 30» в номинации «Наука» Алексей Федоров рассказал о разработках в области квантовых технологий.

Казалось бы, тема квантового превосходства в мировом научном сообществе сейчас входит в ТОП-10 по степени актуальности и важности. В течение уходящего года споры исследователей и изобретателей крутились вокруг единственного вопроса – ждет ли нас эра квантового превосходства, и достигли ли физики из Google квантового превосходства?

А, может, и не достигли!? Является ли это превосходство окончанием эпохи классических вычислений?На все эти вопрос попытался ответить победитель первого рейтинга Forbes Russia в рейтинге «30 до 30» в номинации «Наука» Алексей Федоров. Послушать размышления молодого ученого и задать ему вопросы пришли студенты московских вузов, гости НИТУ «МИСиС» и просто заинтересованные слушатели.

Отметим, что атмосфера располагала к спокойной и плодотворной дискуссии – слушателей угощали пуншем, мандаринами и печеньем. В общем, праздничная обстановка уже царит в вузе, в котором одна из удивительных традиций – проводить цикл «Рождественские лекции», на которых ученые с мировым именем увлекательно и доступно рассказывают аудитории о последних тенденциях и достижениях современной науки.

Индустрия 4.0 – что такое четвертая технологическая революция?

«Прежде всего, я хочу сказать, что НИТУ «МИСиС» – один из полков индустриального и технологического развития у нас в стране. Находясь здесь, можно понять, что существует некоторая цикличность, ведь появление новых технологий стимулирует экономический рост, поэтому появление и развитие новых технологических решений – очень важно. Хочу отметить один факт – за последние 200 лет эффективность труда была увеличена в 30 раз, и понятно, что это связано не столько с продуктивностью человека, сколько с появлением новых орудий, облегчающих многие процессы. Ученые выделяют несколько стадий технологических революций – первая, вторая, третья, а сейчас мы находимся на пороге 4-ой технологической революции. Говорят, что один из ее основных драйверов – искусственный интеллект. Моя цель – показать, что квантовые технологии настолько фундаментальные и нужны искусственному интеллекту для того, чтобы помочь войти нам в новую «эру 4-ой технологической революции», – подчеркивает Федоров.

Четвертая технологическая революция – это индустрия данных, в которой максимальное количество процессов связано с получением данных из внешнего мира, их передачей, эффективной обработкой, анализом и использованием при принятии каких-то решений. Речь идет частично о получении информации о характере погоды или московских пробках на дорогах, дальше же нужны «умные» операционные решения, принятые на основе анализа этих данных.

Однако все упирается в то, насколько разработчики смогут создать эффективные базовые технологии для получения, обработки и передачи информации, которые смогут надежно хранить получить данные – это и есть конечная цель индустрии 4.0.

«Посмотрев отчет одной консалтинговой компании, меня поразило то, что только 2% данных используется для принятия решений, то есть остальные 98% – в лучшем случае, просто хранятся, а иногда и не особо собираются. Тогда возникает вопрос – зачем нам такое количество данных, если мы не умеем их тщательно обрабатывать и не принимаем на их основе решения. Здесь уже встает вопрос о необходимости создания новой машины для вычислений», – отмечает лектор.

Каждый современный человек застал колоссальный прогресс, с которым столкнулась вычислительная техника за последнее время. Еще 15-20 лет назад компьютеры были некоторой роскошью, при этом работали они медленнее, чем наши нынешние смартфоны.

Преодолеть закон Мура

Вспомним, как развивалась микроэлектроника и с какими ограничениями она сегодня сталкивается. Согласно закону Мура, количество транзисторов в процессоре удваивается каждые полтора-два года. Работа и вычисления в классических процессорах сегодня построены на основе носителей зарядов – электронов. Они имеют ограниченную подвижность, минимальные размеры транзисторов лимитированы, а принципы их работы приближаются к своим физическим пределам, что накладывает ограничения на скорость вычислений. Количество транзисторов в современном процессоре размером один квадратный сантиметр сегодня уже превышает 1 миллиард.

«Мы должны сейчас понять, как преодолеть закон Мура. Winter Is coming – зима для технологий, которые существуют на данный момент, приближается», – говорит Алексей Федоров.

Первая и вторая квантовые революции

Все достижения квантовых технологий принято разделять на два класса – 1-ую и 2-ую квантовую революцию. Термин введен относительно недавно для того, чтобы разделить два характерных цикла технологического развития. Когда говорят о лазере и транзисторе – речь идет о 1-ой квантовой революции – мы не может представить без них современную жизнь, ведь они лежат в основе компьютеров, которые мы используем. Эра 2-ой революции квантовой механики описала микроскопический мир атомов, электронов или частиц света, фотонов. Она основана на таких особенностях энергии, как способность быть одновременно в 2 состояниях, мгновенное взаимодействие на расстоянии, неразрешимая и невидимая связь. Результат – более надежные и быстрые средства связи, высокоточная томография. В «новой эре» происходит переход от квантовой механики к квантовой информации.

«Наша цель – разобраться, что эти квантовые технологии могут нам дать в будущем? В квантовом мире существует понятие «квантовой суперпозиции» –  способность находится в квантовой системе одновременно в нескольких состояниях. Это связано с линейностью квантовой механики. Буквально, для квантовой системы не существует понятие только орла или решки – система может находиться в обоих состояниях. Обнаружить это помогли очень тщательные эксперименты, которые проводились с середины 70-х годов и длятся до сих пор» – отмечает молодой ученый.

Есть еще один интересный феномен квантовых систем – теорема о запрете клонирования. Суть в том, что, если разработчик обнаруживает неизвестное квантовое состояние, то он не сможет сформировать процесс, который будет копировальной машиной.

Таким образом, становится понятно, что мир квантовых вычислений разительно отличается от мира классических вычислений, с которыми мы сейчас имеем дело.

«Квантовое вдохновение»

Когда ученые говорят о квантовых технологиях, чаще всего, они ассоциируют это с квантовыми компьютерами. Но, чтобы эффективно работать с квантовыми системами, их необходимо надежно защищать от внешнего воздействия, в силу их чувствительности.

Создание квантовых сенсоров с рекордной чувствительностью к разным биологическим маркерам и модельным молекулам обеспечит прорыв в медицине, химии и других научных областях.

Все это – направление движения к новой элементной базе. Это попытка соединить процессоры между собой на скоростях, которые существенно превышают текущие мировые достижения, или сделать новый квантовый вычислитель, работающий при комнатной температуре. Это и ключевые элементы для квантовых коммуникаций и биологической сенсорики. И здесь цель ученых – создать приборы, которые позволят запускать эти процессы.

Несмотря на активные обсуждения в СМИ, дискуссии ученых, у общественности возникает своевременный вопрос – создан ли квантовый компьютер, и почему процесс его создания идет так медленно?

«Здесь я хочу сказать, что существует колоссальная сложность при построении большого квантового компьютера. Надо четко понимать, что сейчас такого вычислителя нет, и до создания универсального квантового компьютера ученым предстоит пройти еще некоторый путь», – комментирует Федоров.

Пока ученые трудятся над созданием квантового компьютера, они одновременно ищут ему применение.

Название изображения

Главным остается тот факт, что такой компьютер сможет моментально совершать вычисления и работать с большим объемом данных. Кроме того, с помощью квантовых компьютеров можно оптимизировать множество процессов: от медицины до машиностроения. Также существует теория о том, что квантовый компьютер будет справляться с задачами, которые обычный решить не в состоянии или потратит на это тысячи лет вычислений. В любом случае, все ученые сходятся во мнении – создание такого компьютера будет настоящим прорывом, возможно, главным в истории человечества. 

Зарегистрироваться на "Рождественские лекции" в НИТУ "МИСиС", которые продлятся до конца декабря, можно на сайте http://research.misis.ru/xmas 

Мандарины, горячий пунш и пряники ждут вас!

 

«рождественские лекции» в ниту мисис квантовый компьютер

Назад

Иллюстрации

Все фото

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.