;
Кейсы 6 июля 2022

Шифрование, мгновенные вычисления и защита от взломов: самые перспективные квантовые проекты

Далее

Квантовые компьютеры пока остаются сложными лабораторными устройствами. У них огромный потенциал: ученые уверены, что они изменят все — от транспорта до медицины. Самое актуальное направление разработок — создание квантового компьютера, который можно будет использовать для изучения далеких планет, проведения сверхбыстрых расчетов и защиты важных данных. Но на основе квантовых технологий есть намного больше проектов, на которые стоит обратить внимание — «Хайтек» собрал самые перспективные из них.

Сети квантовых коммуникаций с шифрованием данных

Кто разрабатывает: Центр компетенций НТИ «Квантовые технологии» на базе МГУ с компанией «ИнфоТеКС»

Исследователи разработали сеть квантовых коммуникаций, которая, благодаря распределению ключей, шифрует данные алгоритмом. Университетская квантовая сеть соединила пять квантовых устройств на территории МГУ на Ленинских горах, Моховой улице и головном офисе компании «ИнфоТеКС» в Отрадном. Специалисты также запустили сегмент беспроводной квантово-защищенной сети между главным зданием МГУ и корпусом на проспекте Вернадского.

В Центре НТИ «Квантовые коммуникации» на базе МИСиС тоже создали межуниверситетскую квантовую сеть, она объединила кампусы двух вузов. Сеть состоит из пяти узлов, имеет открытую архитектуру и легко масштабируется. Доступ к сети получат вузы, научные организации, индустриальные партнеры, госучреждения, студенческие стартапы.

Также заработала квантовая магистраль Москва-Санкт-Петербург, это проект РЖД и ИТМО. В 2021 году запустили линию квантовой связи протяженностью 700 км, что делает ее самой крупной в Европе. В основу сети легли магистральные оптоволоконные каналы РЖД.

Почему это важно: Квантовые коммуникации гарантируют полностью безопасную передачу данных. Шифрование невозможно взломать даже с помощью квантовых компьютеров, хотя с  распространенными сейчас методами защиты данных они справляются легко.

Государственные организации, крупные коммерческие компании и банки хотят максимально обезопасить себя не только от актуальных, но и от будущих рисков. Китай, США, страны Европы запускают квантовые сети, Россия не остается в стороне от мирового тренда. В нашей стране запустили несколько квантовых сетей, их будут расширять и масштабировать. К Университетской квантовой сети планируют подключить вузы и организации из разных городов, чтобы расширить ее до Национальной квантовой сети.

Основная проблема при реализации квантовых коммуникаций — нет сертифицированного оборудования. Но эксперты уверены, что если решить эту проблему, в ближайшие несколько лет случится расцвет российских квантовых сетей.

Оборудование для квантовых сетей для выработки и распределения квантовых ключей

Кто разрабатывает: Центр компетенций НТИ «Квантовые технологии» на базе МГУ и компания «ИнфоТеКС»

Магистральный квантовый шифратор 10G ViPNet Quandor и коммуникационная IP-сиcтема ViPNet QSS передают секретный ключ на расстояние до 120 км без возможности перехвата.

Почему это важно: Строительство квантовых сетей невозможно без оборудования. Причем создание устройств, способных передавать квантово-защищенную информацию и генерировать такие ключи — очень сложная и пока нерешенная задача. Над решением этой проблемы работают научные центры и вендоры. Компетенции научных центров позволяют решить физические сложности, а вендоры, используя опыт, создают готовые решения для установки на сетях связи.

Существующие решения могут передавать квантово-защищенную информацию внутри компаний и через сети операторов без потери качества и скорости связи.

«Основная проблема при реализации квантовых коммуникаций — нет сертифицированного оборудования»

Облачные платформы доступа к квантовым симуляторам

Кто разрабатывает: Центр компетенций НТИ «Квантовые технологии» на базе МГУ

С помощью квантовой облачной платформы научные работники и студенты могут запускать и тестировать программы для работы с квантовыми вычислителями.

Российский квантовый центр также создал облачную платформу для квантовых вычислений для неподготовленных пользователей. Она преобразует задачу, сформулированную пользователем на языке математики, техники или экономики, в программу для квантового компьютера, а потом переводит результат обратно в понятную форму.

Почему это важно: Квантовые симуляторы — вычислительные устройства, которые воссоздают квантовую систему на классическом компьютере. Облачные платформы дают возможность в удаленном режиме подключаться к таким симуляторам, работать с квантовой системой всем желающим. Так ученые, инженеры, программисты могут лучше понять, как работать с настоящими квантовыми компьютерами и научиться решать практические задачи. Когда квантовые компьютеры станут более доступными и распространенными, результаты такой работы окажутся чрезвычайно полезными.

Физические платформы квантовых вычислений

Кто разрабатывает: Российский квантовый центр и НИТУ «МИСиС». 

В основе такой платформы — джозефсоновский контакт, структура из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика. Такие кубиты можно массово воспроизводить на электронном чипе как обычные элементы в микро- и наноэлектронике.

Центр НТИ «Квантовые технологии» на базе МГУ разрабатывает две платформы — на базе нейтральных атомов в микродипольных ловушках и линейно-оптический квантовый вычислитель. Основа квантового вычислителя на базе нейтральных атомов — квантовый регистр из одиночных атомов рубидия, захваченных в массив оптических пинцетов. В основе линейно-оптического квантового симулятора лежит кодирование информации в квантовые состояния одиночных фотонов.

Ученые Физического института РАН ловят ионы в электромагнитные ловушки. Эта технология родственна нейтральным атомам в микродипольных ловушках, но кубит ионного компьютера физически реализуется в виде внутренних электронных состояний иона.

Почему это важно: Сейчас нет единого и признанного лидера среди физических систем для создания квантовых компьютеров. У каждой из платформ есть достоинства и недостатки. Поэтому ученые во всем мире одновременно работают в разных направлениях и пока назвать систему-лидера крайне сложно.

Если эта технология окажется масштабируемой, надежной и удобной — она станет основой для большинства квантовых компьютеров. А само устройство позволит в сотни раз быстрее решать многие практические задачи. Для разных сфер польза будет разной — авиаперевозчики и логистические компании смогут строить оптимальные маршруты, банки и кредитные организации — анализировать торги, ИТ-компании — искать данные в неструктурированных базах, а химическая промышленность — создавать соединения и препараты с заданными свойствами.


Читать далее:

Черная дыра в Галактике подтвердила правоту Эйнштейна. Главное

Космос разрушает кости и меняет их структуру: ученые не знают, как люди полетят на Марс

Астрономы посчитали, когда планеты изменят орбиты и наступит хаос