На данном этапе развития квантовые технологии – лишь часть всеобщего процесса цифровизации, однако уже сейчас существуют практические устройства, которые могут дополнить существующую информационную инфраструктуру. Среди них квантово-вдохновленные алгоритмы, квантовое распределение ключей (КРК), методы постквантовой криптографии и сверхчувствительные сенсоры.
Еще несколько лет назад квантовые технологии находились в сугубо научной плоскости. Однако благодаря развитию в рамках национального проекта РФ «Цифровая экономика», которое будет продолжено в программе «Экономика данных», российские специалисты сделали ряд шагов в сторону практического использования квантовых технологий квантовых устройств. По направлению квантовых вычислений ключевую роль сыграла роль Госкорпорации «Росатом», которая отвечает за реализации Дорожной карты.
По словам директора Института физики и квантовой инженерии Университета «МИСИС» Алексея Федорова, при оптимистично-консервативном сценарии квантовые технологии смогут улучшить действующую информационную инфраструктуру.
– Помимо квантовых компьютеров существуют устройства квантовых коммуникаций, или точнее – устройства распределения квантовых ключей, – рассказал Алексей Федоров. – Системы КРК могут обеспечить криптографическими ключами, которые потребляют системы шифрования. То есть система классическая, а ключ шифрования распределен при помощи квантовой физики. Это уже индустриально зрелые технологии, их можно приобрести и использовать. Дорожную карту по развитию квантовых коммуникаций ведет РЖД.
Для мобильных и пользовательских приложений есть возможность уже сейчас тестировать постквантовые алгоритмы – классические алгоритмы криптографии, которые устойчивы к атакам. Например, Газпромбанк уже тестируем подобные алгоритмы.
Другое перспективное и достаточно зрелое направление – квантовые сенсоры. Российские специалисты уже разработали и тестируют соответствующие устройства, которые могут фиксировать физические характеристики и с высокой точностью выявлять малейшие изменения объекта.
– Физически кубиты не идеальны, поскольку взаимодействуют с окружением, но у этого есть и положительная сторона: даже маленькая квантовая система способна увидеть небольшие изменения окружающей среды, – поясняет Федоров. – Это делает квантовые системы прекрасными сенсорами для измерения электромагнитных полей с высокой степенью точности. И в России также ведется работа над различными прототипами квантовых сенсоров, для измерения тех же электромагнитных полей, делаются квантовые часы и другие устройства для квантовой сенсорики. Например, в ФИАН им. П.Н. Лебедева разработаны портативные квантовые часы на основе ионов.
Если говорить о квантовых вычислениях, то на промежуточном этапе их внедрения – пока «квантовое железо» не показывает преимуществ по сравнению с классическими подходами – интерес для бизнеса представляют квантово-вдохновленные алгоритмы. Такие алгоритмы, являясь классическими, моделируют поведение квантовых систем, что позволяет решать, например, оптимизационные задачи. При чем иногда лучше, чем классические подходы. Российскими специалистами квантово-вдохновленные алгоритмы уже использовались, например, для решения задач генетики и телекоммуникаций.
Широкое коммерческое применение перечисленных устройств на основе квантовых технологий вероятно начнется через три-пять лет, когда ученые решат те вопросы, которые пока мешают стабильности работы прототипов.