И хотя мы и говорим сегодня о Форуме в прошедшем времени, но, фактически, он стал драйвером форсированного развития квантовой индустрии в нашей стране. Площадку мероприятия посетил президент России Владимир Путин. О мире квантовых исследований и о ведущих российских разработках и ситуации в мировой отрасли в целом расскажем в этой статье.
Форум будущих технологий «Вычисления и связь. Квантовый мир», состоявшийся недавно в ЦМТ открыл серию мероприятий, направленных на обсуждение прорывных направлений технологического развития нашей страны. Мероприятия будут регулярно проводится в рамках Десятилетия науки и технологий в России, которое с 2022 года объявил своим указом президент РФ Владимир Путин.
Не случайно слоганом Форума стал девиз «Опережая время». В событии приняли участие более 1400 человек – это 750 ученых, экспертов и разработчиков из более чем 80 российских и зарубежных вузов и научно-исследовательских учреждений. Несмотря на санкции, которые, к сожалению, также препятствуют и международному научному сотрудничеству, к участию в ICQT 2023 и Форуме будущих технологий присоединились ученые из Швеции, Беларуси, Индии, Бразилии, Китая, Франции, США, Германии и Австралии. Также на площадке мероприятия собралось рекордное количество представителей СМИ – более 250 человек. Более подробно о том, как на нашей площадке Конгресс центра ЦМТ проходил первый Форум будущих технологий можно прочитать в наших статьях VII Международная конференция по квантовым технологиям ICQT-2023 проходит в ЦМТ Москвы, Скоро в ЦМТ Москвы: Форум будущих технологий «Вычисления и связь. Квантовый мир», Владимир Путин выступает с докладом в ЦМТ Москвы.
Попробуем объяснить в цифрах важность данного события в глобальном формате. Реальность такова, что ежегодно количество информации в мире возрастает более чем на 30%. За несколько лет человечество стало производить больше данных, чем за всю предшествующую историю. Наиболее наглядным примером могут служить системы Интернета вещей, в которых каждый датчик ежесекундно получает и отправляет огромное количество данных. Эксперты полагают, что скоро количество подключенных к Интернету вещей превысит количество пользователей-людей.
Такие огромные объемы информации нужно где-то хранить и, соответственно, обрабатывать. Уже существуют суперкомпьютеры мощностью более 50 петафлопс (1 петафлопс =1 тыс. трлн операций в секунду). И хотя мощности могут быть еще увеличены, физический предел мощности процессоров не бесконечен и может достигнуть своих пределов. Согласно данным открытым источников, с 2022 года лидером мирового рейтинга Top500 является американский суперкомпьютер Frontier. При потреблении свыше 21 МВт энергии он содержит более 8,73 млн ядер, емкость хранилища составляет 700 ПБ, а суммарная производительность равна 1,1 экзафлопс (более 1018 операций в секунду).
По данным на июнь 2023 года, по числу систем в рейтинге Top500 страны распределяются так: США - 150 суперкомпьютеров, Китай - 134, Германия- 36, Япония - 33, Франция - 24, Великобритания - 14, Канада - 10, Бразилия - 9, Южная Корея - 8, Нидерланды - 8, Италия - 7, Россия - 7. Российский лидер «Червоненкис» занимает 27 место во всемирном рейтинге суперкомпьютеров Top500. Стоит оговориться, что в России, как и в других странах существуют более мощные системы, которые не раскрывают данные для мировых рейтингов, поскольку призваны служить в оборонных и военных целях. В таблице ниже можно увидеть информацию о российских суперкомпьютерах, представленных в недавнем мировом рейтинге Top500 в июне 2023 года.
На протяжении последних 20 лет крупнейшие компании и госструктуры развитых стран работают над разработкой революционного, более мощного устройства (и технологии обработки данных) – квантового, возможности которого в тысячи раз будут превосходить уже имеющиеся. Сегодня, как никогда ранее, мир подошёл близко к изобретению настоящего квантового компьютера - есть понимание принципа его работы, создаются прототипы.
Квантовые технологии в последние годы переживают этап взрывного роста. Наибольшая динамика пришлась на период 2015 - 2016 гг., когда к мировым исследованиям подключились технологические гиганты. Количество зарегистрированных патентов в области квантовой отрасли ежегодно увеличивается более чем на треть, также быстро растут объёмы венчурных сделок. То есть, по сути квантовые технологии являются ответом на рост сложности стоящих перед человечеством задач. В тот момент, когда мощности обычных компьютеров для обработки всей существующей на Земле информации перестанет хватать, на смену ему придет квантовый компьютер, знаменующий собой совсем новую эру цифровых технологий.
В период с 2016 по 2020 гг. большинство технологически развитых стран приняли долгосрочные программы развития квантовых технологий и приступили к строительству необходимой инфраструктуры на национальном уровне. По доле на рынках квантовых технологий лидируют страны Северной Америки. Это порядка 40% всех мировых игроков индустрии (10 из 12 крупнейших) и 60% всех инвестиций в стартапы. Однако, стоит подчеркнуть, что по внедрению дальше всех продвинулись страны Азии. Например, Китай и Япония внедряют квантовые разработки в операционную деятельность, а также создают коммерческие сервисы на базе новейших технологий.
По данным исследования McKinsey & Company, общие объемы инвестиций в квантовые технологии уже превышают 1 млрд долл. в год и их объемы постоянно возрастают. Например, Китай заявил о запланированных 15 млрд долл. на ближайшие годы, ЕС о 7 млрд долл., США и Япония планируют выделить на исследования порядка 2 млрд долл., Индия и Канада - по 1 млрд долл. Россия - 700 млн долл. Более подробно схему мировой индустрии мы показывали в предыдущей статье VII Международная конференция по квантовым технологиям ICQT-2023 проходит в ЦМТ Москвы. Однако в США, например, квантовые вычисления развиваются в основном за счет частных инвестиции, превосходящих государственные. В Европе делается акцент на университеты и научные центры, в Китае - на государственные лаборатории, в России - на госкорпорации. На рисунке ниже представлены основные игроки мирового рынка квантовых технологий.
Источник фото: Росконгресс
В ближайшие годы рынок квантовых коммуникаций ожидает многократный рост. Можно сказать, что сегодня основная роль в этом росте отводится квантовой криптографии (среднегодовой рост 27%). В перспективе возможно создание «квантового интернета», когда удаленные квантовые компьютеры будут объединены в сеть за счет обмена квантовыми состояниями.
Поддержку развития технологий квантовых вычислений в России осуществляется в соответствии с федпроектом «Цифровые технологии» НП «Цифровая экономика Российской Федерации». Специалисты ГК «Росатом» в сотрудничестве с 15 ведущими научно-исследовательскими центрами и вузами России подготовили Дорожную карту развития высокотехнологичной отрасли «Квантовые вычисления», которая сегодня объединяет более 100 организаций в экосистему квантовых коммуникаций. Это институты развития, вузы, разработчики, производители и конечные потребители. Дорожную карту курирует ОАО «РЖД». В ее рамках уже реализованы первые прототипы рабочих квантовых процессоров на различных физических платформах. В рамках карты уже созданы прототипы квантовых компьютеров на базе МГУ им. М.В. Ломоносова, МФТИ и ФИАН. Квантовые коммуникации активно развивает «РЖД», квантовыми сенсорами занимается «Ростех» и «Росатом». Основных игроков российской экосистемы квантовой индустрии можно увидеть на рисунке ниже.
Источник фото: Росконгресс
Также в течении 7 лет в нашей стране действует проект «Национальная технологическая инициатива» (НТИ), основным отличием которой является объединение людей, а не организаций. Она предполагает создание проектных групп из технологических предпринимателей, представителей ведущих вузов и исследовательских центров, крупных деловых объединений России, институтов развития и заинтересованных органов исполнительной власти. С точки зрения развития НТИ включает в себя акцент на новые глобальные высокотехнологичные рынки, где в ближайшие 20 лет будет происходить основная борьба за лидерство. Квантовые коммуникации входят в число «сквозных технологий» НТИ наряду с искусственным интеллектом, интернетом вещей, большими данными, блокчейном, робототехникой, сенсорикой и др. Именно в этих направлениях, по мнению экспертов НТИ, у талантливых российских технологических предпринимателей есть наибольшие шансы на успех.
Ключевым преимуществом России является уникальная научная школа, подготовившая известных мировых ученых – физиков, ряд из которых, к сожалению, работает сегодня в зарубежных университетах. Однако средства, необходимые для реализации квантовых разработок настолько высоки, что, например, чтобы реализовать их в полном объеме, не хватило бы бюджета ни одной из стран мира. Поэтому личное участие Президента России Владимира Путина в работе Форума будущих технологий было совсем не данью современному тренду и внесло крайне положительный импульс для ученых, о чем они неоднократно говорили на площадке события. Участие главы государства в Форуме было попыткой проанализировать и принять все необходимые меры для поддержки отрасли квантовых исследований, что поможет России достичь технологического лидерства в ближайшей перспективе. Ведь по оценкам экспертов, практическое использование квантовых вычислений может начаться уже в 2025 году, а к 2030 году внеквантовое технологическое лидерство станет невозможным. Также прогнозируется, что к 2035 году мировой рынок квантовых коммуникаций составит порядка 20 млрд долл.
Владимир Путин изучил выставку российских достижений в сфере развития квантовых технологий ГК «Росатом» и ОАО «РЖД», представленную на площадке Конгресс центра ЦМТ. Свои передовые разработки главе государства представили госкорпорации, отвечающие за развитие квантовых технологий в стране. В их числе – самый мощный в России 16-кубитный квантовый компьютер на ионах, на котором с помощью облачной платформы запущен алгоритм расчета молекулы. Его проект разработан в рамках реализации «Дорожной карты» по квантовым вычислениям командой учёных из РКЦ и Физического института имени И.П. Лебедева РАН при координации «Росатома». Помимо этого, в ходе пленарного заседания вице-премьер РФ Дмитрий Чернышенко сообщил о том, что в конце 2023 года в России может быть представлен 20-кубитный отечественный квантовый компьютер: «Работы в этом направлении идут по графику».
Представители ОАО «РЖД» показали проект строительства магистральной квантовой сети, которая согласно планам реализации дорожной карты «Квантовые коммуникации» пройдет по 34 регионам к 2030 году. Сегодня Россия уже в мировых лидерах по протяжённости квантовой магистральной сети. Уже создан пилотный участок 1147 км, который объединяет Москву, Санкт-Петербург и Нижний Новгород. До конца 2023 года будет введен еще один участок в 1400км, который свяжет Казань, Воронеж и Ростов. Владимиру Путину также рассказали о ключевых элементах компонентной базы квантовых компьютеров, квантовых сенсорах и разработках в сфере квантовых коммуникаций и продемонстрировали соответствующие прототипы и промышленные образцы. Также российские ученые и производители продемонстрировали Президенту возможности квантовых коммуникаций с подключением в режиме видеоконференции Центра управления и мониторинга магистральной квантовой сети РЖД. с использованием межуниверситетской квантовой сети был проведен сеанс связи с абонентами в Москве и Нижнем Новгороде, в котором приняли участие ректор МГУ им. М.В. Ломоносова Виктор Садовничий и губернатор Нижегородской области Глеб Никитин. Также ассоциация «Альянс в сфере искусственного интеллекта», объединяющая ведущие компании страны, включая Сбер, запускает новое направление работы по применению квантовых технологий в сфере ИИ. Власти Москвы заявили о создании к концу 2024 года квантового кластера на базе инфраструктуры инновационного центра «Сколково». Создание кластера стало ключевым пунктом в соглашении о сотрудничестве, которое подписали ГК «Росатом» и Российский квантовый центр. Еще одно соглашение, подписанное между РКЦ ом и VK, ускорит развитие квантовых вычислений в облаке.
Владимир Путин подчеркнул: «Наша принципиальная задача — перевести всю экономику на качественно новый уровень на основе больших данных» и предложил «в течение года подготовить новый национальный проект на период до 2030 г., а именно нацпроект по формированию экономики данных. При этом у нас должны быть не просто научные разработки и базовые решения, а вся технологическая и производственная цепочка». Ведь вся зависимость в этой сфере означает серьезные угрозы для национальной безопасности вплоть до утраты суверенитета страны. 17 июля глава правительства России Михаил Мишустин провел совещание с вице-премьерами. Премьер-министр сообщил, что Правительство в оперативном режиме, на 10 месяцев раньше подготовило Концепцию развития квантовых коммуникаций в нашей стране на период до 2030 года. Михаил Мишустин пояснил, что Владимир Путин дал четкий посыл о необходимости оперативной и всесторонней поддержке отрасли: «Достижение технологических суверенитетов, о которых говорит Президент России невозможно без развития квантовых технологий».