Ключ к лидерству: какие преимущества дают России квантовые технологии

Маленький – и бесконечно мощный

Квантовая механика – одно из перспективных направлений физики. На ее принципах основано немало изобретений – транзисторы, лазеры, атомные электростанции. Но управлять поведением квантовых частиц и менять их свойства физики научились недавно, в конце XX века. Этот этап, открывший для человечества новую эру, называют второй квантовой революцией.

Кубиты, условные единицы мощности квантового компьютера, могут существовать в нескольких состояниях сразу. Это свойство квантов позволяет мгновенно обрабатывать данные какого угодно объема. Задачу, на которую обычному компьютеру понадобится несколько дней или недель, квантовый компьютер решит за секунду. Например, если нужно быстро создать новое лекарство или инновационный материал с уникальными свойствами. Как правило, моделирование молекулы, основы препарата, занимает продолжительное время – ученые последовательно перебирают возможные варианты, двигаясь к нужному результату. Квантовый компьютер способен рассмотреть сразу все возможные комбинации и выдать оптимальное решение.

Точность вычислений зависит от числа кубитов. Кроме того, она снижается из-за так называемого квантового шума, последствий влияния квантов друг на друга. Чем больше кубитов и плотнее их структура, тем меньше возможных ошибок.

В 2023 году в единственном отечественном квантовом компьютере было всего 16 кубитов. В начале 2024-го мощность смогли увеличить до 20 кубитов. Сейчас в России три сверхмощных квантовых компьютера объемом 50 кубитов и более. Благодаря нацпроекту «Экономика данных» к 2030 году наладят серийный выпуск квантовых компьютеров.

Один из главных полигонов для запуска проектов, направленных на достижение технологического лидерства России, – Центр квантовых технологий физического факультета МГУ. Здесь работают над созданием Межуниверситетской квантовой сети или «Квантового телефона», объединяющего сети квантовой связи МГУ, ИТМО, ННГУ и других ведущих вузов страны.

Еще один важный проект, который находится в стадии разработки – космический квантовый спутник с наземными терминалами. За счет передачи квантовых ключей и создания новых каналов связи расширят возможности оптоволоконных квантовых сетей.

В новых проектах Центр квантовых технологий использует созданные в МГУ разработки в области квантовых коммуникаций, вычислений и квантовой сенсорики. Научный руководитель Центра квантовых технологий физического факультета МГУ Сергей Кулик отмечает, что их практически сразу вводят в образовательные программы. Студенты используют современное оборудование и учатся работать с передовыми технологиями.

Новой области научных исследований нужны квалифицированные молодые специалисты. Образование в области квантовых технологий становится все более востребованным. Популярности способствуют научные школы, например, на базе физического факультета МГУ – квантовой оптики, квантовых измерений, взаимодействия излучения с веществом и одноэлектронных устройств. Конкурс на кафедре квантовой электроники МГУ растет с каждым годом.

Благодаря нацпроекту «Экономика данных» ребята по всей стране могут знакомиться с квантовыми и другими перспективными технологиями уже в школе. Один из просветительских проектов – интернет-платформа «Урок цифры», которую развивает АНО «Цифровая экономика». Там есть бесплатные увлекательные уроки и образовательные материалы о квантовых технологиях, обучении искусственного интеллекта, защите информации и персональных данных, разработке игр и приложений. Их подготовили ведущие специалисты из крупных корпораций и госкомпаний. С момента запуска платформы с уроками ознакомились более 110 млн раз.

Занятия проводят и офлайн. Например, уроки «Квантовые вычисления и материалы будущего» проходили во многих школах России с 8 по 28 апреля 2025 года. Первый из них состоялся в столичном Музее «Атом». В нем участвовали более 200 школьников Москвы, а ребята из более чем 200 школ страны подключились дистанционно. Им рассказали о влиянии квантовых вычислений на моделирование молекул и химических процессов, о прогнозируемом прорыве в улучшении свойств материалов для дальнего космоса, энергетики, машиностроения, персонализированной медицины и фармацевтики.

Офлайн-урок «Путешествие в микровселенную: квантовые вычисления и медицина будущего» организовали для восьмиклассников средней школы № 3 города Котово. Они узнали об основных понятиях квантовой науки, профессиях, связанных с квантовыми вычислениями, сенсорами и симуляторами, перспективах использования квантовых компьютеров – от физики и информатики до биологии. С помощью специализированного тренажера ребята разобрались в принципах квантовых вычислений. Восьмиклассника Дениса Сивохина больше всего заинтересовала возможность создать модель микровселенной организма, чтобы воспроизводить происходящие в нем процессы. А ученика 8 «Б» класса Юрия Виноградова – профессии будущего: квантовый инженер, программист, разработчик нейроинтерфейсов.

Новые технологии несут не только возможности, но и риски. Квантовые компьютеры способны легко взламывать современные системы шифрования. Поэтому ученые совершенствуют квантовую криптографию, которая позволит надежно защищать данные от злоумышленников. В отличие от обычного шифрования, безопасность гарантируют законы физики: квантовое состояние частицы отследить невозможно, поэтому нельзя перехватить ключ и подключиться к каналу передачи данных – его состояние тут же изменится, и адресаты узнают об этом.

Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) вместе с научно-техническим предприятием «Криптософт» разрабатывают программно-аппаратные комплексы защиты информации, основанные на системе квантовых ключей. Установки помогут как при классических кибератаках, так и при технических сбоях оборудования. В будущем эти технологии будут применять везде, где необходима защита данных.

В целом с квантовыми сверхмощными компьютерами и связанными с ними технологиями работают более 600 ученых-исследователей из 20 ведущих отечественных вузов. Среди последних разработок – квантовые вычислители на четырех платформах: на ионах, нейтральных атомах, фотонах и сверхпроводниках.