- Статьи
- Наука и техника
- Квант милосердия: как российские ученые изменили расстановку сил в технологической гонке
Квант милосердия: как российские ученые изменили расстановку сил в технологической гонке
Сегодня мировое сообщество активно участвует в «квантовой гонке» — десятки государств соперничают за возможность получить статус создателя квантового компьютера. Вопрос имеет колоссальную значимость, ведь тот, кто первым сможет организовать промышленный выпуск надежного квантового вычислителя, получит «ключ от всех замков» — благодаря возможности решать задачи, на которые не способны классические суперкомпьютеры. Совершившая «квантовый скачок» страна сможет контролировать мировые рынки, научные открытия и системы обороны. Еще в начале десятилетия Россия была в числе «аутсайдеров», но в короткие сроки смогла выбиться в лидеры гонки. Как в стране развивают квантовые технологии и в чем преимущество отечественных разработок — в материале «Известий».
Точнейший расчет
Впервые идею квантового компьютера сформулировал американский физик Ричард Фейнман: о возможности использования квантовых эффектов для вычислений он заговорил еще в 1950-х, а в 1982 году описал принцип работы такого вычислителя. Спустя почти 20 лет ученые Исаак Чуанг, Нил Гершенфельд и Марк Кубинец представили экспериментальный образец.
Квантовый компьютер MareNostrum Ona внутри Суперкомпьютерного центра Барселоны
Несмотря на десятки лет, прошедшие с момента появления первого прототипа, внедрение квантовых технологий в мире всё еще находится на начальном этапе. Однако среди представителей индустрии всё больше крепнет уверенность, что «квантовый скачок», знаменующий окончание глобальной гонки, произойдет уже в ближайшие 5–10 лет, после чего использование квантовых методов станет повсеместным.
Основное отличие квантовых компьютеров от классических заключается в том, что вместо двоичной системы (где биты могут принимать значения 0 и 1) для измерения они используют кубиты. Такие единицы информации благодаря законам квантовой физики могут находиться в состоянии суперпозиции, являясь 0 и 1 одновременно, и взаимодействовать на расстоянии (квантовая запутанность), что позволяет моделировать сложнейшие молекулярные структуры и перебирать миллионы вариантов за доли секунды.
Благодаря этому с помощью квантового компьютера можно, во-первых, решать множество разнообразных задач, касающихся логистики, финансов и машинного обучения, а во-вторых, моделировать новые материалы, лекарства и химические соединения (медицина и фармацевтика считаются одними из наиболее перспективных сфер применения квантовых технологий).
Однако активно развиваются не только квантовые вычисления, не менее важные направления — квантовые сенсоры и квантовые коммуникации. Сенсоры, использующие для измерения физических величин свойства квантовых систем, отличаются более высокой чувствительностью датчиков по сравнению с классическими, в связи с чем такое оборудование можно будет эффективно использовать для навигации, разведки полезных ископаемых, мониторинга здоровья и ранней диагностики заболеваний. А ключевые сферы применения квантовых коммуникаций — финансовый сектор, центры обработки данных и промышленность (в том числе топливно-энергетический комплекс).
Не было бы счастья
Позиции участников квантовой гонки сегодня неодинаковы — не у всех стран есть собственная научная школа и производственная база для разработок в этой области. Значительных успехов уже добились США, где исследованиями занимаются ИТ-гиганты вроде Google, IBM и Microsoft, и Китай, реализующий масштабные национальные программы. Однако наиболее впечатляющий рывок в сфере квантовых технологий за последние годы совершила именно Россия.
Отечественные исследователи проделали колоссальную работу — в 2020-м РФ располагала всего одной двухкубитной установкой на сверхпроводниках, отставая от лидеров квантовой гонки на 10 лет. Но уже к 2025 году стране удалось войти в число тех, кто добился наиболее серьезных результатов. Россия, в частности, уже располагает прототипами квантовых компьютеров на всех четырех приоритетных платформах: ионной, сверхпроводниковой, атомной и фотонной.
Масштабное санкционное давление, обрушившееся на РФ, квантовым разработкам не только не навредило, но и дало мощный толчок к развитию. До ввода ограничений отечественные ученые нередко смотрели на Запад, ожидая оттуда новостей по поводу развития той или иной технологии, признает директор Центра квантовых метаматериалов МИЭМ ВШЭ Алексей Вагов. Однако такая парадигма мышления осталась в прошлом.
— Наши ученые сейчас смело вступают в область неизвестного, в том числе во всем, что связано с квантовой темой. На этой волне мы достаточно быстро нагоняем наработки западных школ в этой области. Случился перелом в мышлении. То, что раньше казалось недостижимым, сегодня всерьез обсуждается как осуществимые планы, причем в уже недалекой перспективе, — отмечает эксперт.
Нагоняя лидеров квантовой гонки, Россия не стала пытаться копировать зарубежные подходы, а пошла по собственному пути, что сделало ее проекты более автономными. Не последнюю роль сыграло наличие у страны мощнейшей физико-математической школы. Именно качество научного задела, оставшегося у РФ еще с советских времен, обеспечивает конкурентоспособность российских квантовых технологий, убежден начальник аналитического центра компании «Газинформсервис», секретарь Консорциума исследований безопасности технологии искусственного интеллекта Дмитрий Служеникин. Этот актив России удалось не просто сохранить, но и приумножить.
Развитие российских квантовых вычислений действительно опирается на большой фундаментальный задел, подтверждают в «Росатом Квантовые технологии». При этом важно, что основа квантовых научных команд — молодые специалисты.
— Средний возраст ученых «Квантового проекта» составляет 30 лет. Их целеустремленность во многом стала залогом достигнутого результата, — подчеркивают в пресс-службе компании.
«Росатом» создал первый в России прорывной компактный источник квантового сжатого света
Не последнюю роль в столь стремительной эволюции сыграл и тот факт, что важность квантовой гонки в стране понимается на государственном уровне. В частности, в 2020 году была утверждена первая дорожная карта по квантовым вычислениям, рассчитанная на срок до 2024 года, что стало отправной точкой прорыва.
Одна из важнейших особенностей документа в том, что он обеспечивает связь научных институтов с реальными заказчиками, помогая исследователям работать не «в стол», а на нужды конкретных компаний. Такой подход имеет колоссальную значимость, потому что процесс перехода квантовых технологий в область прикладных разработок невозможно представить без участия двух сторон — исследователей и практиков, подчеркивает Алексей Вагов. Пока что, по его мнению, идей, касающихся прикладного применения существующих научных достижений, больше именно в академической сфере. Однако в квантовые технологии в России уже поверили не только ученые, но и представители реального сектора, чего не было еще несколько лет назад.
И именно ориентированность на реальные задачи, участие государства и наличие крупных заказчиков делают российскую квантовую программу практически неуязвимой для санкций, уверен Дмитрий Суженикин.
Атомное сердце
В развитие квантовых технологий в рамках первой дорожной карты по развитию квантовых вычислений вложили 24 млрд рублей. Итогом стало успешное создание за очень короткий срок прототипов квантовых вычислителей на основных приоритетных технических платформах (такая вариативность важна, поскольку на данный момент никто не может с уверенностью сказать, какая из платформ окажется перспективнее всего).
Благодаря активным разработкам Россия смогла войти в шестерку государств, имеющих квантовые компьютеры на 50 кубитов и более. При этом в 2025 году страна достигла нового уровня размерности — ученые создали сразу три квантовых вычислителя мощностью свыше 70 кубитов. Речь о прототипах на ионах иттербия, на ионах кальция и на одиночных нейтральных атомах рубидия. При этом у РФ также существуют прототипы вычислителей на 40, 35, 16 и 8 кубитов на различных платформах.
Еще одно значимое достижение — реализация самого большого в мире квантового алгоритма на кудитах (двухуровневый аналог кубита) учеными из Физического института им. П.Н. Лебедева (ФИАН). Специалисты продемонстрировали многокубитную логическую операцию на 10 ионах, позволяющую увеличить точность вычислений при решении практических задач. Благодаря этому рекорду Россия стала третьей в мире страной, реализовавшей кудитные вычисления.
Ключевым заказчиком в области квантовых технологий в России сегодня является «Росатом». Под началом госкорпорации, ответственной за реализацию мероприятий дорожной карты, объединились более 750 исследователей и инженеров из 19 научных институтов и университетов страны.
— «Росатом» начал с себя. Первая и самая масштабная отраслевая программа раннего применения квантовых вычислений развернута в российской атомной отрасли. Сегодня в портфель входит более 30 пилотных проектов. Они касаются применения квантовых вычислений в оптимизации широкого спектра производственных процессов, моделирования физических процессов и химических реакций, — рассказывают «Известиям» в пресс-службе «Росатом Квантовые технологии».
Участники молодежного резерва «квантового проекта» «Росатома» ознакомились с российским квантовым компьютером на ионах, который создан в Физическом институте имени П.Н. Лебедева РАН. 2025 год
В частности, в рамках инновационного проекта «Прорыв» (предусматривающего создание реакторов нового поколения) впервые на реальном квантовом компьютере (50-кубитном ионном квантовом вычислителе, расположенном в ФИАН) удалось решить модельную задачу теплопереноса.
Тот факт, что в России квантовую сферу развивают индустриальные корпорации, которые имеют возможность применить квантовые технологии в решении собственных многопрофильных отраслевых задач, выгодно отличает положение страны от Запада и Китая. Это дает РФ возможность одной из первых определить подходы к применению квантовых вычислений в реальной экономике.
Человеческий капитал
На достигнутых результатах Россия останавливаться не планирует. В августе 2025 года правительство утвердило новую дорожную карту по квантовым вычислениям, рассчитанную на период до 2030 года. На финансирование ее мероприятий заложено более 29 млрд рублей.
Согласно плану, отечественные квантовые вычислители к концу десятилетия должны достичь объема в 300 кубитов. Также в числе целевых показателей — разработка и реализация 54 новых отечественных квантовых алгоритмов.
Разработка квантового программного обеспечения является одной из приоритетных задач, указывают в «Росатом Квантовые технологии». Это необходимо как для развития практики применения квантовых вычислений, так и для усиления позиций России в мировой квантовой сфере. Сейчас известно приблизительно 100 типов квантовых алгоритмов, из которых примерно 20 считаются основными, а остальные 80 — их модификациями. У РФ есть отечественные версии всех основных квантовых алгоритмов и около 30 модификаций.
— То есть стек квантового ПО покрыт у нас уже достаточно хорошо. И сейчас мы приходим к тому, чтобы научиться использовать имеющиеся наработки для практических задач, — отмечают в пресс-службе компании.
При этом особое внимание в планах на ближайшую пятилетку уделяется вопросу кадровой обеспеченности — к 2030 году в стране рассчитывают подготовить более 8300 выпускников, получивших образование по программам в области квантовых технологий.
Однако для сбалансированного диалога с научным сообществом к развитию компетенций корпоративных команд пора приступать и российскому бизнесу, подчеркивают в «Росатом Квантовые технологии». Для внедрения квантовых вычислений в практику различных отраслей необходимы не только ученые, инженеры и алгоритмисты, но и менеджеры, HR-специалисты, эксперты по стратегическому развитию.
— Нужно учиться формулировать запросы к квантовым ученым и алгоритмистам. Определять задачи, в решении которых квантовые процессоры и алгоритмы, шире — методы квантовой информатики — могут обеспечить значимые прорывы. Ведь, когда промышленный квантовый компьютер будет создан, «учиться квантам» будет поздно: к этому времени должны быть готовы квантовые алгоритмы для практической работы и специалисты, которые смогут их применять на разных производствах, — предупреждают в пресс-службе.
На важность наличия у реального сектора людей, которые могут сформулировать непосредственные прикладные задачи и будут способны выстроить процесс правильного взаимодействия с научным сообществом, указывает и Алексей Вагов.
— Для нас как для ученых самый большой дефицит сегодня — хорошие и правильно сформулированные задачи. Должны развиться задачи, дальше уже процесс создания технологий пойдет достаточно быстро. Государство сделало всё, что должно было и могло. Инструментарий, доступ к вычислительным квантовым мощностям, финансирование фундаментальных исследований у нас есть. Теперь мы ждем людей, которым это нужно, — подчеркивает он.
За дальним горизонтом
На пути к «квантовому будущему» Россию ждет серьезная работа — эффективность применения существующих «пилотов» для решения реальных задач еще предстоит подтвердить на практике. Дмитрий Служеникин признает, что 70 кубитов недостаточно для полного превосходства над классическими суперкомпьютерами. Но порог практической значимости, по его словам, уже пройден — начало работать правило, в соответствии с которым каждый новый кубит будет давать экспоненциальный скачок мощности.
Основной внешний вызов для России, по мнению собеседника «Известий», лежит не столько в технологиях, сколько в менеджменте: важно не похоронить научно-инженерный потенциал под лавиной бессмысленной отчетности. При этом нужно внимательно смотреть на действия конкурентов — уходить в изоляцию стратегически опасно, предупреждает он.
— Необходим холодный и прагматичный анализ мировых практик: изучать, реверсировать, адаптировать или отсеивать, но создавать критическую массу собственных решений, — подчеркивает эксперт.
Кроме того, фундаментально России важно сформулировать образ результата, который будет одновременно и мобилизующим, и реалистичным. На полях Петербургского международного экономического форума в 2026 году глава «Росатома» Алексей Лихачев выделил среди целевых показателей развития квантовых вычислений в стране вхождение в топ-3 в области квантовой науки и технологий к 2036 году, попадание в топ-5 по производству квантовых вычислительных систем и услуг, а также охват применением квантовых вычислений топ-100 российских компаний.
На горизонте 2050 года в числе ключевых долгосрочных эффектов обозначены достижение 1–2% ВВП за счет влияния квантовых и гетерогенных технологий на экономику и вклад в активное долголетие человека. К важным целям также отнесены разработка полного стека суверенного квантового ПО и формирование зоны опережающего применения квантовых технологий на пространстве дружественных стран (с опорой на российские центры развития компетенций). В международной кооперации РФ намерена войти в топ-3 стран по экспорту товаров и услуг в области квантовых технологий.
«Наш будущий вклад в развитие квантовых знаний — это создание больших квантовых альянсов. Сложив наши возможности, мы можем собрать не просто полную, а лучшую в мире мозаику применения квантовых технологий», — резюмировал глава госкорпорации.
