Непрерывная борьба за научно-технологическое превосходство давно стала частью гонки вооружений, которую считают главным мотором технического прогресса. Это требует не только огромных финансовых средств, но и координации усилий граждан и государства в различных сферах деятельности. В том числе и во вполне мирных, служащих человеку.

Успех в перманентной конкуренции дают революционные научные открытия и взрывные технологические прорывы. Ныне ведущие страны мира упорно работают над созданием квантового компьютера (КК), что иногда сравнивают с появлением атомной бомбы, коренным образом повлиявшей на ход истории. Это станет важным этапом в развитии экономики знаний как главной производительной силы. Квантовые компьютеры не только многократно расширят информационные возможности, но и откроют дорогу к обретению качественно новых знаний о природе и человеке.

Такого рода компьютерам будут присущи немыслимые ныне мощность, память и скорость. В считаное время они смогут решать сложнейшие задачи, на которые современные суперкомпьютеры вообще не способны или на которые им требуется нескольких месяцев или даже лет.

Вслед за этим нас ожидают революционные открытия: на молекулярном уровне будут смоделированы химические соединения и синтезированы материалы с нужными свойствами, ранее неизвестными. С помощью квантовых вычислений можно конструировать молекулы ДНК, заниматься генной инженерией, создавать лекарства от неизлечимых пока болезней, прогнозировать погоду и т.д. Высокая скорость адаптации вакцин к новым вирусам сведёт на нет их болезнетворную опасность.

Огромные возможности также открываются для машинного обучения, использования нейросетей и развития искусственного интеллекта. КК мгновенно решает оптимизационные задачи, например, в сфере энергетики, транспорта, логистики. КК способен прочитать любые зашифрованные сообщения и, наоборот, сделать какие-то тексты нечитаемыми. А за этим – обеспечение безопасности бизнеса и государства. Квантовый интернет создаст уникальную сеть коммуникаций.

Идея создания КК родилась четверть века назад, но её реализация растянулась на десятилетия из-за многочисленных сложностей. Если в обычном компьютере применяются двоичные биты информации (точка – тире, 0 или 1), то в квантовых компьютерах используются кубиты (квантовые биты – неделимые субатомные частицы), которые могут быть не только в состоянии 0 или 1, но и неопределённости – суперпозиции, то есть 0 и 1 одновременно).

Кубитами могут быть атомы, фотоны или электроны, а также различные сверхпроводники и устройства для квантового отжига, способные находиться в этих трёх состояниях и обладающие свойством запутанности, что позволяет выполнять множество параллельных вычислений – на подобное обычные компьютеры не способны.

Скоротечная жизнь кубитов, измеряемая десятками или сотнями микросекунд, требует защиты от внешних шумов, других воздействий (экранирования) и системы охлаждения жидким гелием или азотом до температуры минус 273 градуса по шкале Цельсия, что немного выше абсолютного ноля.

В научном сообществе не утихают споры, сколько ещё лет нужно для завершения работ по созданию КК – пять, десять или двадцать. В ряде стран, прежде всего в США, созданы действующие прототипы КК, но они пока не обладают достаточной надёжностью и управляемостью.

Минимальный порог «квантового превосходства» (quantum supremacy) – 50 кубитов. При таком их количестве КК за секунды делает вычисления, которые современный суперкомпьютер выполнит лишь за… 10 тысяч лет. И хоть не все согласны с такой оценкой, но все признают, что она не далека от реальности.

Недавно компании IBM и Intel создали КК с 49-кубитными процессорами, а Google заявила о разработке процессора с 72 кубитами. В России разработкой квантовых компьютеров занимаются несколько групп исследователей, в том числе Российский квантовый центр, Институт физики твёрдого тела РАН, МИСиС, ВНИАА им. Духова, МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Разработчики МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА» ГК «Росатом» достигли уровня времени жизни сверхпроводниковых кубитов, сравнимого с параметрами квантовых процессоров IBM, Google и Intel. Продление времени жизни кубитов приближает к созданию полноценного КК для практического применения.

Надо признать, что мы отстаём в квантовой сфере, но не безнадёжно. И наша страна не раз удивляла мир прорывными открытиями и изобретениями. Мало кто знает, что 60 лет назад в МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством Николая Брусенцова разработали уникальный троичный компьютер «Сетунь». Он получил всемирную известность и оставил яркий, хотя и короткий след в истории компьютерной эры. Троичная система (1, 0, -1, то есть «да», «нет», «неизвестно») более адекватна реальности и человеческому мышлению, нежели примитивная двоичная, которая противоречит логике Аристотеля и принципу сосуществования противоположностей Гераклита, а также не способствует появлению новых идей в науке.

ЭВМ «Сетунь» оказалась очень удобной, экономичной, пользовалась спросом в СССР и за рубежом. Казанский завод произвёл 50 компьютеров, но партия и правительство почему-то решили, что эта машина не нужна.

Парадоксально, но одной из причин стало то, что «Сетунь» получилась слишком дешёвой – 27,5 тысячи рублей, поэтому заводу производить её было невыгодно. Тогда перед экономикой стояла задача повышать объёмы производства, а они оценивались в рублях. Не имевшую аналогов в мире чудо-машину разрушили в прямом и переносном смысле, даже заступничество академиков не помогло. Это ещё один печальный пример неудачного внедрения передовых научно-технических достижений в нашей стране.

Борьба за квантовое лидерство идёт по всем направлениям. То и дело появляются сообщения разных компаний о разработке мощных квантовых компьютеров, хотя до их коммерческого применения ещё далеко.

Генеральный директор крупной американской корпорации Ай-би-эм (IBM) Арвинд Кришна не считает Россию конкурентом в области квантовых компьютеров. «Я думаю, мы опережаем другие страны на десятилетие, если не больше. Но если посмотреть на некоторых конкурентов, то, думаю, мы опережаем их на три-четыре года. И я боюсь, что они очень быстро догоняют», – сказал он в минувшем феврале. Основными конкурентами IBM в области квантовых технологий он видит Google, Honeywell, а также компании Китая, которые уже протестировали квантовую связь.

Арвинд Кришна в интервью одному из наших агентств подчеркнул, что для реального создания квантового компьютера необходимо обладать определённым ноу-хау в области квантовых дисциплин, особыми материалами, полупроводниками и радиоволновой электроникой, а также экспертными знаниями в области квантовой механики и физики.

Хочется надеяться, что сомнение главы Ай-би-эм в способностях России раззадорит наших учёных и инженеров, а наши власти как минимум обеспокоятся, как ещё сильнее не отстать от прогресса.

Применение метода проб и ошибок, учитывающее прошлый опыт, неизбежно в любом творчестве. Успех решения изобретательских задач часто зависит от числа проведённых научных проб, а в высокотехнологичной физике это стоит недёшево. В случае экспериментов с квантовыми компьютерами на молекулярном уровне, например, необходимо поддерживать минусовую температуру на уровне абсолютного ноля, что требует серьёзных затрат. Сэкономим сейчас – потом заплатим дороже, если, конечно, нам продадут новейшие технологии.

Администрация президента США Д. Трампа в апреле приняла решение сократить на 10% госрасходы на всю научную деятельность в 2021 году и при этом на 20% увеличить затраты только на квантовую информатику и квантовый интернет до $237 млн долларов, что может принести революционные результаты. Кто быстрее считает и обрабатывает большие данные, тот и будет мировым лидером.

США очень хотят победить в квантовых гонках. А мы?