Знание-сила, 2007 № 09 (963)

Квантовая информатика — молодая область, ей, если говорить точно, 22 года, но особенно активно она развивается последние десять лет. Классические теории кодов очень хорошо разработаны. Яркое достижение последних лет в этой области заключается в следующем: чтобы передать голосовое или какое-то другое сообщение по шумящему каналу, надо дописать избыточную информацию в это сообщение. Затем по тому, как эти избыточные биты будут нарушаться, можно будет восстановить существенную часть информации. Это одна из теорий кодов, исправляющих ошибки.

Недавно была разработана теория квантовых кодов, исправляющих ошибки, основанная на явлении перепутывания. Это очень мощная вещь. Она позволяет четко утверждать, что теория передачи квантовой информации после решения определенных технических проблем будет надежна, но, в отличие от классической, абсолютно безопасна. Когда ее смогут передавать на расстояние более 200 километров, через спутники, тогда на Земле наступит новая эра телекоммуникаций.

И конечно же, не могу не сказать об образовании. Новые технологии должны стать предметом обучения. Квантовой информатикой как новой технологией в нашей лаборатории тоже начали немного заниматься, в частности наш сектор, но здесь необходима экспериментальная поддержка. Мы занимаемся моделированием квантовых вычислений, используя классический компьютер. Те методы, которыми мы владеем, — методы символьных алгебраических вычислений (компьютерной алгебры), широко используются в нашем институте, и их роль в научных исследованиях продолжает возрастать. При этом важно обучать людей новым технологиям, таким как нанотехнологии. Квантовый компьютинг, квантовая информатика — это часть нанотехнологий. Подготовка по нанотехнологиям уже ведется в МГУ, в других университетах, надеюсь, и в нашем дубненском университете это направление будет развиваться.

Еще один важный момент — подготовка кадров управления институтом, понимающих тенденции развития мировой науки и современных технологий, то есть, с одной стороны, понимающих стоящие научные задачи, а с другой, — владеющих современным менеджментом, умеющих вкладывать средства, чтобы получить от них максимальную отдачу. Недавно в МФТИ создан новый факультет инноваций и высоких технологий, готовящий менеджеров для науки: они получают достаточно глубокое — классическое физтеховское образование в физике и математике, но дополнительно и также на высоком уровне изучают менеджмент, экономику и так далее. Именно такие люди нужны в научных центрах, в нашем институте, в технопарках вообще и в новых условиях Особой экономической зоны в Дубне в частности. Спрос на них будет огромным, а эффективность финансирования научных исследований станет намного выше, чем сейчас.

Подготовила Ольга Тарантина

Активно ведется разработка регистров для хранения кубитов и выполнения операций с ними. В одном случае это ионы, помещенные в условиях глубокого вакуума в ловушку и образующие одномерную структуру, состояниями которой можно управлять с помощью перестраиваемых лазеров. В другом — это ионы редкоземельных элементов, ими также управляют с помощью лазерных пучков (Казанский физико-технический институт). Рассматриваются способы переноса, хранения и обработки информации с помощью псевдочастиц: дырок, магнонов, баблонов, экситонов, солитонов и др.

И несмотря на то, что многие из перечисленных персонажей по сей день являются объектами фундаментальных исследований,технологи информационного машиностроения уже нашли им практическое применение.

Первые электронные компьютеры потребляли десятки киловатт энергии. Сегодня исследуется возможность создания квантовых компьютеров, реализующих так называемые холодные вычисления, то есть практически без затрат энергии.

В начале 80-х Полю Бенеффу, Ричарду Фейнману и Дэвиду Дойчу удалось свести воедино две дисциплины, которые ранее считались взаимоисключающими — квантовую физику и информатику. Исследователи показали, что квантовая механика не только не ограничивает вычислительных возможностей, но и позволяет в ряде случаев существенно их расширить. Бенефф выдвинул идею универсального квантового компьютера — машины, которая выполняет логические операции, опираясь на квантовые алгоритмы, не имеющие аналогов в классической физике, и способна решать любые (а не только специализированные) задачи. Фейнман показал, что квантовый компьютер для ряда задач является более мощным, чем классический, а Дойч разработал идею квантового параллелизма. Таким образом, эти ученые заложили фундамент новой современной области исследований — квантовых информационных технологий, или квантовой информатики.