В рамках ПМЭФ-2018 прошла беседа о будущем «Квантовый дуализм: от научных идей к технологиям будущего», модератором которой выступил генеральный директор Российского квантового центра Руслан Юнусов. Лекцию о квантовой физике прочитал французский физик, специалист по квантовой оптике, теории скрытых параметров и квантовой запутанности Ален Аспе.

В своем выступлении Ален Аспе остановился на двух квантовых революциях: корпускулярно-волновом дуализме (уже завершилась) и квантовой запутанности (еще ожидается). Он изложил их сущность и влияние на развитие науки и общества. Было отмечено, что результатом первой революции, в частности, было появление транзисторов и лазеров. О результатах второй революции пока говорить рано. В заключении своего выступления Ален Аспе только обозначил наиболее вероятные области применения современных достижений в квантовой оптике и созданных на их основе квантовых технологий в ближайшем будущем.

1. Квантовая криптография. Перспективное направление для обеспечения безопасности передачи информации между абонентами. Принципы квантовой криптографии кардинальным образом отличаются от традиционных, применяемых сегодня. Они основаны не на решении сложных математических задач, а на использовании фундаментальных законов квантовой физики. Принцип работы квантовой криптографии состоит в передаче фотонов по каналу связи от одного абонента к другому. При этом, если злоумышленник попытается измерить параметры передаваемого фотона, то произойдет изменение этих параметров, что будет зафиксировано абонентами. Обнаружение попыток атак — отличительная особенность квантовой криптографии. Квантовая криптография позволяет обеспечить криптостойкость засекреченного текста не менее 15 лет с учетом быстрого роста производительности современных вычислительных машин. В настоящее время уже существуют подобные системы; правда, их стоимость высока — около 100 тыс. долл. США за одну пару устройств для получателя и отправителя без технической поддержки, при этом они обладают относительно низкой скоростью распределения ключей. Предельная дальность передачи информации по оптоволоконному каналу составляет немногим более 100 километров. Наиболее вероятными сферами применения коммерческих систем квантовой криптографии представляются правительственные организации, финансовые учреждения, корпорации с повышенными требованиями к безопасности и другие.

2. Квантовая метрология. В настоящее время квантовые методы уже нашли применение в метрологии для создания естественных эталонов единиц ряда физических величин. На их основе уже созданы эталоны единиц длины, времени и частот, электрического напряжения, магнитной индукции, вторичный эталон температуры. Совершенствование квантовых методов и их сочетание с современной элементной базой позволяют на их основе создавать не только высокоточные эталоны единиц физических величин, но также образцовые и рабочие средства измерений с уникальными характеристиками, которые не могут быть получены на основе применения классических методов. Высокая точность измерений, проводимых с использованием квантовых методов, позволяет выполнять метрологическое сопровождение технологических процессов производства материалов, структур, объектов и иной продукции с использованием нанотехнологий. Квантовая метрология предоставляет возможность производить очень чувствительные измерения, например, измерение магнитного поля в мозговой субстанции.

3. Квантовые сенсоры. Микроскопические детекторы на основе отдельных атомов, практически вечные, способные получать энергию для работы из окружающих нас радиоволн, могут превратить наш мир в цифровой и реально интерактивный. Квантовые и спинтронные сенсоры в интернете вещей и умных домах помогут сделать эти технологии действительно эффективными.

4. Квантовые тренажеры и имитаторы. Современные компьютеры не могут моделировать поведение десятков фотонов — квантовые тренажеры позволят это сделать и позволят физикам изучать поведение фотонов. Эти устройства будут способны осуществлять контроль и наблюдение за ионами и атомами; например, распределение потоков энергии в электрических сетях для определения оптимального маршрута передачи. Другим примером развития этого направления может быть создание квантового генератора случайных чисел, основанием служит невозможность предсказания, того как поведет себя один посланный фотон — будет отражен или пойдет дальше.

5. Квантовый компьютер. Реально работающий квантовый компьютер может быть создан не ранее, чем через 20–30 лет. Для его создания необходимо иметь как минимум 100 связанных квантовых объектов. Такого количества идеальных квантовых объектов нет, поэтому надо иметь инструмент исправления ошибок в существующих реальных квантовых объектах — для него нужен миллион фотонов, а их тоже нет. Таким образом, сегодня на пути создания универсального квантового компьютера существует большой технологический пробел, который в ближайшие годы не будет преодолен. Нужен прорыв в математическом описании поведения фотона в огромном пространстве. После этого, очевидно, наступит прогресс в создании квантового компьютера.

Автор:

Игорь Львович Коршунов, кандидат технических наук , доцент, заведующий кафедрой информационных систем и технологий Санкт-Петербургского государственного экономического университет

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.