Экспертное заключение подготовлено по итогам сессии Форума будущих технологий «Вычисления и связь. Квантовый мир» «Квантовый интернет: можно ли создать квантовый суперкомпьютер? Останется ли место для искусственного интеллекта?».
Ожидание новых возможностей
Под суперкомпьютером понимается система, состоящая из большого числа связанных между собой вычислительных устройств. Классические суперкомпьютеры сейчас применяются для широкого класса задач: создание прогнозов погоды, выполнение расчетов из первых принципов для определения структуры и свойств веществ, рендеринг, проведение прочностных расчетов и многое другое. Это породило целую индустрию, сейчас не обязательно иметь свой суперкомпьютер: время для расчета на суперкомпьютере (вычислительные мощности) можно купить под конкретную задачу. Ожидается, что созданные в будущем квантовые суперкомпьютеры будут способны решать задачи, не доступные классическим суперкомпьютерам, а это в свою очередь создаст новый рынок. Уверенность в том, что такой рынок возникнет, высказывали многие спикеры сессии «Форума будущих технологий. Вычисления и связь. Квантовый мир» «Квантовый интернет: можно ли создать квантовый суперкомпьютер? Останется ли место для искусственного интеллекта?». Подогревает эту уверенность и аналогия с искусственными нейронными сетями, успешное развитие которых также создает новый рынок услуг: платный дистанционный доступ к нейросетям. По-видимому, связь с нейросетью, доступной удаленно, будет встраиваться в различные приложения и это существенно изменит многие сферы деятельности человека. Далее, можно представить себе искусственные нейронные сети, построенные на квантовом суперкомпьютере, но возможности таких систем сейчас оценить трудно.
Оптические квантовые компьютеры
Квантовые компьютеры в настоящее время создаются на базе различных систем: ионы, нейтральные атомы, сверхпроводящие системы, фотоны и другие системы. Недостаточное число кубитов и недостаточная точность двухкубитовых операций пока препятствуют использованию таких компьютеров для реальных задач, но данные характеристики все время улучшаются. Оптические квантовые компьютеры обладают рядом преимуществ, два основных преимущества — это отсутствие необходимости создания сверхнизкой температуры в области, где происходит смешение мод (делители пучка), что в свою очередь приводит к следующему преимуществу — возможности относительно легко масштабировать оптический квантовый компьютер. Кроме этого, фотонная технология позволит относительно просто связать различные квантовые компьютеры в один квантовый суперкомпьютер.
Разрешающий число фотонов детектор
Детектор, способный подсчитать число фотонов в импульсе света (photon-number-resolving (PNR) detector), дает дополнительную информацию о квантовом состоянии света по сравнению с однофотонным детектором и техникой гомодинного детектирования, что расширяет возможности создания индуцированных измерениями квантовых состояний света. Существуют разные варианты реализации PNR детектора: технология мультиплексинга, технология на основе сверхпроводящего сенсора TES (transition-edge sensors) [1]. Принцип работы такого сенсора заключается в использовании скачкообразного изменения сопротивления при изменении температуры вблизи перехода сверхпроводник-проводник [2]. По данным открытой печати на 2011 год эффективность технологии TES составляла 98% [3]. Количество фотонов, которое можно разрешить в одном импульсе, к январю 2023 года составило 100 фотонов [4] (с помощью мультиплексинга достичь таких показателей по принципиальным причинам не удастся). Таким образом, TES — это наиболее эффективная технология для реализации PNR детектора. Косвенно стратегическое значение данной технологии подтверждает то, что разработки данного сенсора ведутся национальным институтом стандартов и технологий США (NIST), соответствующую информацию можно найти на официальной странице NIST [5]. В данный момент российским исследователям не доступен разрешающий число фотонов детектор на основе TES технологии: его не производят России, также нет возможности закупить его у иностранных производителей.
Рекомендации
Начать разработку комплекса технологий для создания разрешающего число фотонов детектора на основе сверхпроводящего сенсора TES (transition-edge sensors), разработчиком могло бы выступить Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова» (ФГУП «ВНИИА»).
Список источников.
1. Helversen M. et al Quantum metrology of solid-state single-photon sources using photon-number-resolving detectors // New J. Phys. V. 21, 2019, 035007.
2. Andrews D.H. et al Attenuated Superconductors I. For Measuring Infra‐Red Radiation // Rev. Sci. Instrum. 13, 1942, pp. 281–292.
3. Fukuda D. et al Titanium-based transition-edge photon number resolving detector with 98% detection efficiency with index-matched small-gap fiber coupling // Optics Express V. 19, Issue 2, 2011, pp. 870-875.
4. Eaton M. et al Resolution of 100 photons and quantum generation of unbiased random numbers // Nature Photonics, V. 17, 2023, pp. 106–111.
5. Adding Up Photons with a TES
// https://www.nist.gov/news-events/news/2011/11/adding-photons-tes
Экспертные аналитические заключения по итогам сессий деловой программы Форума и любые рекомендации, предоставленные экспертами и опубликованные на сайте Фонда Росконгресс являются выражением мнения данных специалистов, основанном, среди прочего, на толковании ими действующего законодательства, по поводу которого дается заключение. Указанная точка зрения может не совпадать с точкой зрения руководства и/или специалистов Фонда Росконгресс, представителей налоговых, судебных, иных контролирующих органов, а равно и с мнением третьих лиц, включая иных специалистов. Фонд Росконгресс не несет ответственности за недостоверность публикуемых данных и любые возможные убытки, понесенные лицами в результате применения публикуемых заключений и следования таким рекомендациям.
