Квантовый симулятор для новых материалов

08.02.2019
Квантовый симулятор для новых материалов
Сергей Кулик, профессор физфака МГУ и научный руководитель Центра компетенций НТИ «Центр квантовых технологий»
phys.msu.ru

Ученые МГУ планируют к 2024 году завершить создание квантового симулятора для расчета веществ с заданными свойствами, что ускорит развитие всех отраслей производства, сообщает ТАСС. Квантовый симулятор с высокой точностью предсказывает поведение квантовых систем, среди которых прежде всего сложные молекулы.

«Это устройство позволит нам производить расчеты веществ с заданными свойствами, например лекарств или новых видов топлива. Данной задачей занимается сегодня квантовая химия. Создание новых материалов изменит жизнь человека, это огромный толчок развития во всех отраслях — от медицины до оборонной промышленности», — рассказал ТАСС Сергей Кулик, профессор физфака МГУ и научный руководитель Центра компетенций НТИ «Центр квантовых технологий», созданного в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова.

Соглашение, в котором говорилось о планах создания симулятора, было заключено на Российском инвестиционном форуме в феврале 2018 года. Документ подписали представители МГУ, Внешэкономбанка, фонда «ВЭБ Инновации», Фонда перспективных исследований и АНО «Цифровая экономика». Проект реализуется в рамках программы развития Центра компетенций НТИ «Центр квантовых технологий».

Главная задача ЦКТ на первых этапах его работы — преодолеть технологические разрывы между научными разработками в области среднемасштабных квантовых компьютеров и созданием соответствующей элементной базы, пишет РИА «Новости».

Это, в свою очередь, будет выражаться в решении трех практических задач: ученые из МГУ и их единомышленники планируют создать систему шифрования данных, использующую технологии квантового распределения ключей, квантовый компьютер «средних масштабов» и скоростные генераторы случайных чисел.

Вычислительное устройство, которое разрабатывается командой ученых под руководством Сергея Кулика, будет состоять из 50 кубитов — это довольно много по меркам уже существующих машин такого рода.

Кубиты представляют собой одновременно и ячейки памяти, и вычислительные модули квантового компьютера, которые могут одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу благодаря законам квантовой физики.

Объединение нескольких кубитов в единую вычислительную систему позволяет очень быстро решать математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи методик перебора занял бы время, сопоставимое со сроками жизни Вселенной.

«Квантовый компьютер, по сути, представляет собой огромную машину, большую часть которой занимает классическая вычислительная система. Она управляет его работой и тоже проводит вспомогательные расчеты», — объяснил Сергей Кулик.

Квантовый блок этой машины, ускоряющий часть вычислительных процессов, будет построен на базе нейтральных атомов рубидия, чьим поведением физики будут управлять при помощи специальных световых ловушек, удерживающих их на месте.

Эта вычислительная машина будет ориентирована в первую очередь на решение прикладных, в том числе оптимизационных задач. По словам Сергея Кулика, существует около пятидесяти подобных алгоритмов, работа которых может быть существенно ускорена при помощи этого компьютера.

Помимо вычислительных систем специалисты ЦКТ продолжат развитие технологий абсолютно безопасной связи, в том числе «квантового телефона».

«Мы, безусловно, планируем его развивать. Это один из самых наших ярких проектов, который мы реализовали вместе с нашими партнерами и друзьями из “ИнфоТеКС” (компания — национальный чемпион. — “Стимул”). Главным недостатком современных квантовых технологий пока остается то, что они непонятны для простых потребителей. Квантовый телефон — приятное исключение, очень наглядный и эффективно работающий пример их реализации», — рассказывает профессор Кулик.

Сейчас квантовый телефон осуществляет связь между кабинетом ректора и кабинетом декана физфака МГУ.

В ближайших планах ЦКТ — объединение всех подразделений МГУ защищенными линиями квантовой связи, а также продвижение этих технологий на рынке. К примеру, физики планируют соединить физфак МГУ с корпусами на Моховой улице, используя «городские» линии оптоволокна.