Иттербий, кальций и трансмоны: чем страна удивила лаборатории мира
Сразу четыре физические платформы, на которых в мире строят квантовые машины, освоены в России. Речь об ионах, нейтральных атомах, фотонах и сверхпроводниках. Такой набор прототипов вывел страну в узкий круг государств, где ведутся работы по всем ключевым направлениям сразу.
Самая громкая цифра — 70 кубитов. Столько получили на цепочке из 35 ионов иттербия-171 в Физическом институте имени Лебедева. Годом ранее там же собрали систему на 50 кубитов с холодными ионами того же элемента. Параллельно вычислители мощностью от 70 кубитов и выше появились на атомах и на ионах кальция.
Отдельная история — сверхпроводники. В университете науки и технологий МИСИС довели до рабочего состояния первый отечественный универсальный масштабируемый процессор на кубитах-трансмонах. К нему уже открыли облачный доступ, а на его базе поставили опыты по обнаружению квантовых ошибок. Точность одной операции на кубитах-флаксониумах там довели до 99,993 процента. В ионной системе средняя точность двухкубитных операций держится на уровне 95,4 процента.
От лабораторных опытов к реактору
Задача, которую решали на квантовой машине атомщики, звучит прозаично: теплообмен в активной зоне реактора. Росатом применил вычислитель в проекте «Прорыв». Это уже не демонстрация возможностей, а попытка закрыть конкретную инженерную задачу. Оговорка остаётся: преимущество перед классическими суперкомпьютерами на практике пока никем не доказано.
Программная часть тоже сдвинулась. Разработано 13 квантовых алгоритмов, столько же прототипов программных решений, а по отраслям запущено около 40 инициатив. Впервые в эксперименте показали алгоритм Гровера на кудитах — многоуровневых системах, где один носитель хранит больше информации, чем обычный кубит. Крупный алгоритм на кудитах выполнили Российский квантовый центр и ФИАН.
Связь развивается быстрее вычислений. Протяжённость российской квантовой сети перевалила за 7 тысяч километров. В контуре — Сочи, Екатеринбург, Челябинск. Круглосуточный центр управления и мониторинга уже работает. Ещё в 2021 году РЖД протянула первую магистральную линию между Москвой и Петербургом, где распределение ключей шло по реальным подвесным волокнам, а не в тепличных условиях.
«Сети квантового распределения ключей уже работают в пилотном и частично эксплуатационном режиме» — так оценивают нынешний этап в отрасли.
Следующий шаг — орбита. Низкоорбитальный спутник для квантового распределения криптографических ключей начали делать в 2024 году, эксплуатационную готовность заявили к 2029-му. Совместный российско-китайский эксперимент тоже состоялся: защищённые данные передали через спутниковый канал на расстояние свыше 3 500 километров — между станциями в Звенигороде и Наньшане.
Банки подтягиваются к теме с другой стороны — через постквантовую криптографию. НСПК, Газпромбанк и Московская биржа закрыли свои проекты в этой области. QApp вместе с НСПК и Газпромбанком выпустили PQC PAY — защиту бесконтактных платежей от будущих квантовых атак.
Квантовый интернет и спутниковые системы пока остаются направлениями развития. А вот сети распределения ключей вышли на стадию, когда их можно внедрять. Разрыв между прорывом и бытом сокращается, и это, пожалуй, главное.