Квантовые компьютеры, или на пороге второй квантовой революции
ОБЗОР / #2_2025
Текст: Максим ГРЕВЦЕВ / Фото: University of California, Midjourney, Wikipedia, Страна Росатом
На фото: Квантовая машина О’Коннела
Считается, что квантовые технологии появились недавно. Между тем ООН объявила 2025 год Международным годом квантовой науки и техники в честь 100‑летнего юбилея квантовой механики. То есть в науке квантовая тематика присутствует по меньшей мере век, а в технике — еще дольше. О парадоксах квантового мира и происходящей на наших глазах второй квантовой революции рассказывает Дмитрий Чермошенцев, старший научный сотрудник Российского квантового центра, руководитель группы «Росатом — Квантовые технологии».
Многие слышали, что мы живем в VUCA-, BANI-, а теперь и SHIVA-мире (эти аббревиатуры появились в 1985—2022 годах и характеризуют мир как: VUCA — изменчивый, неопределенный, сложный, двусмысленный; BANI — хрупкий, тревожный, нелинейный, непостижимый; SHIVA — расщепленный, ужасный, невообразимый, беспощадный, возрождающийся. — Прим. ред.). Но так описывают реальность представители социальных наук, а для нас важнее другая аббревиатура — NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum), то есть «шумный квантовый вычислитель среднего масштаба». Этот термин ввел физик Джон Прескилл для описания состояния дел в сфере создания квантового компьютера. Он писал о машинах на 50−100 кубит, часто ошибающихся («шумный» — это не про уровень шума в лабораториях, а про погрешности в вычислениях) и пока не превосходящих обычные компьютеры. И с 2018 года, когда появился термин NISQ, ситуация принципиально не изменилась. Именно поэтому аналитики сегодня пишут об осторожном оптимизме, поскольку в 2023—2024 годах ряд компаний продемонстрировали существенные снижение «шума» и повышение надежности установок. Известная консалтинговая компания BCG заявила, что не будет корректировать свои прогнозы: к 2040 году квантовые вычисления создадут экономическую стоимость в объеме $ 450−850 млрд, поддерживая рынок поставщиков оборудования и ОП объемом $ 90−170 млрд.
Прогноз впечатляет. Поэтому имеет смысл погрузиться в NISQ-мир и развеять мифы, завышающие ожидания и искажающие восприятие прогресса.
Прогноз впечатляет. Поэтому имеет смысл погрузиться в NISQ-мир и развеять мифы, завышающие ожидания и искажающие восприятие прогресса.
Квантовый VS обычный
Важно понимать, что квантовый компьютер не заменит обычный. Это не просто разные технологии — прежде всего, эти машины решают разные задачи. Порой можно встретить некорректные параллели, например, между компьютерами и судами: когда-то были галеры и парусники, потом появились пароходы, затем — дизель-, атомо- и электроходы; так и вычисления: сначала — гигантские электромеханические машины, потом — транзисторы, персональные компьютеры, ноутбуки, вот уже на чипе миллиарды транзисторов — и, как венец эволюции, квантовые машины. Нет, все не так. Квантовые компьютеры будут сосуществовать с обычными, решая те задачи, которые не способны решать даже суперкомпьютеры. Корректнее, наверное, сравнивать машины, поезда, корабли, самолеты с космическими ракетами: первые нужны для передвижения вдоль поверхности Земли, вторые — чтобы улететь в космос.
О каких же специфических задачах идет речь? Специалисты выделяют четыре типа вычислительных задач, при решении которых квантовые технологии могут иметь преимущество: моделирование, оптимизация, машинное обучение и криптография.
Важно понимать, что квантовый компьютер не заменит обычный. Это не просто разные технологии — прежде всего, эти машины решают разные задачи. Порой можно встретить некорректные параллели, например, между компьютерами и судами: когда-то были галеры и парусники, потом появились пароходы, затем — дизель-, атомо- и электроходы; так и вычисления: сначала — гигантские электромеханические машины, потом — транзисторы, персональные компьютеры, ноутбуки, вот уже на чипе миллиарды транзисторов — и, как венец эволюции, квантовые машины. Нет, все не так. Квантовые компьютеры будут сосуществовать с обычными, решая те задачи, которые не способны решать даже суперкомпьютеры. Корректнее, наверное, сравнивать машины, поезда, корабли, самолеты с космическими ракетами: первые нужны для передвижения вдоль поверхности Земли, вторые — чтобы улететь в космос.
О каких же специфических задачах идет речь? Специалисты выделяют четыре типа вычислительных задач, при решении которых квантовые технологии могут иметь преимущество: моделирование, оптимизация, машинное обучение и криптография.
Квантовые компьютеры будут сосуществовать с обычными, решая те задачи, которые не способны решать даже суперкомпьютеры.
Моделирование
Даже очень мощные суперкомпьютеры не в состоянии просчитать процессы, происходящие внутри атома. Сегодня мы можем (и то весьма приблизительно) смоделировать только самый простой атом — водорода. Для моделирования более крупных и сложно устроенных атомов у нас не хватает вычислительных ресурсов. Когда в 1981 году Ричард Фейнман предложил создать квантовый компьютер, он хотел решить именно такую задачу — осуществить моделирование физических систем. И дело не только в физике. Сегодня в моделировании очень нуждается фармакология. В основе многих лекарств — белки, очень большие и сложно устроенные молекулы; для нас имеет значение не только их химический состав, но и то, как молекула сложена в пространстве. Долгое время наука искала белки в природе и пыталась найти им применение; сегодня намного перспективнее создание белков с нуля (de novo designed). Нобелевская премия по химии 2024 года была вручена за изучение и создание белков с помощью ИИ. Считается, что квантовые компьютеры справятся с такого рода задачами более эффективно.
Даже очень мощные суперкомпьютеры не в состоянии просчитать процессы, происходящие внутри атома. Сегодня мы можем (и то весьма приблизительно) смоделировать только самый простой атом — водорода. Для моделирования более крупных и сложно устроенных атомов у нас не хватает вычислительных ресурсов. Когда в 1981 году Ричард Фейнман предложил создать квантовый компьютер, он хотел решить именно такую задачу — осуществить моделирование физических систем. И дело не только в физике. Сегодня в моделировании очень нуждается фармакология. В основе многих лекарств — белки, очень большие и сложно устроенные молекулы; для нас имеет значение не только их химический состав, но и то, как молекула сложена в пространстве. Долгое время наука искала белки в природе и пыталась найти им применение; сегодня намного перспективнее создание белков с нуля (de novo designed). Нобелевская премия по химии 2024 года была вручена за изучение и создание белков с помощью ИИ. Считается, что квантовые компьютеры справятся с такого рода задачами более эффективно.
Макс Планк
в 1900 году предположил, что энергия излучается дискретно, порциями, которые он назвал квантами.
Оптимизация
Мы просим навигатор проложить маршрут до аэропорта, даже зная дорогу, потому что гаджет учитывает загруженность трасс, количество светофоров, наличие ДТП и другие факторы, а также знает, сколько времени мы потратим на дорогу. Но даже современные навигаторы не осуществляют по-настоящему оптимальных расчетов.
А если перед нами стоит задача трансформировать город: закрыть какие-то улицы для движения машин, изменить скоростной режим, поменять график работы светофоров и/или их расположение? У такой задачи слишком много возможных решений и параметров, так что путем простого перебора вариантов даже суперкомпьютеры будут проводить вычисления десятилетиями. Оптимизировать потоки (людей, машин, финансов, грузов и т. д.) — важнейшая задача, поэтому банки, логистические компании, муниципальные власти получат ощутимую пользу от вычислений на квантовых компьютерах.
Мы просим навигатор проложить маршрут до аэропорта, даже зная дорогу, потому что гаджет учитывает загруженность трасс, количество светофоров, наличие ДТП и другие факторы, а также знает, сколько времени мы потратим на дорогу. Но даже современные навигаторы не осуществляют по-настоящему оптимальных расчетов.
А если перед нами стоит задача трансформировать город: закрыть какие-то улицы для движения машин, изменить скоростной режим, поменять график работы светофоров и/или их расположение? У такой задачи слишком много возможных решений и параметров, так что путем простого перебора вариантов даже суперкомпьютеры будут проводить вычисления десятилетиями. Оптимизировать потоки (людей, машин, финансов, грузов и т. д.) — важнейшая задача, поэтому банки, логистические компании, муниципальные власти получат ощутимую пользу от вычислений на квантовых компьютерах.
Альберт Эйнштейн
в 1905 году предположил, что свет не только излучается, но и существует в форме квантов, а также объяснил фотоэффект.
Машинное обучение (ML)
Вслед за Ильей Суцкевером, одним из создателей ChatGPT, Илон Маск в начале января 2025 года заявил, что данные для обучения нейросетей закончились. На самом деле проблема не только в недостатке данных, но и в самом процессе обучения. Нужно обработать столько данных и совершить столько операций, что классические компьютеры с этим уже не справляются. Нейронные сети, запущенные на квантовых процессорах, должны ускорить процесс обучения и повысить его качество. Также квантовые компьютеры ускорят часть вычислений при работе с нейронными сетями.
Вслед за Ильей Суцкевером, одним из создателей ChatGPT, Илон Маск в начале января 2025 года заявил, что данные для обучения нейросетей закончились. На самом деле проблема не только в недостатке данных, но и в самом процессе обучения. Нужно обработать столько данных и совершить столько операций, что классические компьютеры с этим уже не справляются. Нейронные сети, запущенные на квантовых процессорах, должны ускорить процесс обучения и повысить его качество. Также квантовые компьютеры ускорят часть вычислений при работе с нейронными сетями.
Луи де Бройль
в 1923 году высказал идею о том, что частицы могут вести себя как волны. Концепция была экспериментально доказана на примере дифракции электронов.
Криптография
Безопасность данных — серьезная проблема. Сегодня наши данные, как правило, защищены от взлома при помощи шифрования с открытым ключом (RSA), основанного на разложении огромных чисел на простые множители (факторизации). Простые множители — это числа, которые делятся без остатка только сами на себя и на единицу. Например, 3 и 5. Если их перемножить, получится 15. Провести обратную операцию — разложить число на множители — уже несколько сложнее: нужно последовательно перебирать простые числа и смотреть, делится на них число или нет. Именно поэтому такие задачи называются асимметричными (в одну сторону решаются легко, в другую — сложно). А если число состоит из сотен или тысяч знаков, вариантов оказывается так много, что для их перебора даже самому мощному суперкомпьютеру нужны тысячи лет. А квантовый компьютер с такими задачами справляется достаточно эффективно. Значит, все наши данные под угрозой? Нет. К квантовому мечу (дешифровке) прилагается квантовый щит (шифрование), то есть изменится сама система криптографии: она станет квантовой. Это неизбежно. И именно криптографическое приложение квантовых технологий сегодня разработано лучше всего; лидер в этой области — Китай, но и в России некоторые организации — банки или, например, структурные подразделения Росатома — используют квантовые методы защиты информации.
Каков принцип работы квантовых компьютеров? Чтобы его понять, нужно углубиться в историю и вспомнить некоторые понятия квантовой механики.
Безопасность данных — серьезная проблема. Сегодня наши данные, как правило, защищены от взлома при помощи шифрования с открытым ключом (RSA), основанного на разложении огромных чисел на простые множители (факторизации). Простые множители — это числа, которые делятся без остатка только сами на себя и на единицу. Например, 3 и 5. Если их перемножить, получится 15. Провести обратную операцию — разложить число на множители — уже несколько сложнее: нужно последовательно перебирать простые числа и смотреть, делится на них число или нет. Именно поэтому такие задачи называются асимметричными (в одну сторону решаются легко, в другую — сложно). А если число состоит из сотен или тысяч знаков, вариантов оказывается так много, что для их перебора даже самому мощному суперкомпьютеру нужны тысячи лет. А квантовый компьютер с такими задачами справляется достаточно эффективно. Значит, все наши данные под угрозой? Нет. К квантовому мечу (дешифровке) прилагается квантовый щит (шифрование), то есть изменится сама система криптографии: она станет квантовой. Это неизбежно. И именно криптографическое приложение квантовых технологий сегодня разработано лучше всего; лидер в этой области — Китай, но и в России некоторые организации — банки или, например, структурные подразделения Росатома — используют квантовые методы защиты информации.
Каков принцип работы квантовых компьютеров? Чтобы его понять, нужно углубиться в историю и вспомнить некоторые понятия квантовой механики.
Эрвин Шредингер
в 1925 году создал знаменитое уравнение, положив начало волновой квантовой механике.
Квантовая механика и первая квантовая революция
Понятие «квант» появилось в 1900 году. Физик Макс Планк был увлечен темой энтропии и вторым законом термодинамики и, как бы мы сейчас сказали, пытался изменить дискурс: одни физики описывали всё в терминах атомарной теории, другие (включая М. Планка) пытались осмыслить реальность через призму энергии. Но физика — наука точная, теория должна соответствовать практическим данным. А с ними у М. Планка и клана «энергетиков» не все было в порядке: при изучении распределения энергии в излучении нагретых объектов теория расходилась с практикой. М. Планк внимательно изучил теорию своего оппонента — Людвига Больцмана — и сделал вывод: энергия излучается дискретно, мельчайшими порциями. Их он и назвал квантами. Тогда же, в 1900 году, М. Планк представил свои (довольно точные) расчеты постоянной, названной в его честь. Однако сам М. Планк еще долго не осознавал истинного смысла и важности своей гипотезы.
Понятие «квант» появилось в 1900 году. Физик Макс Планк был увлечен темой энтропии и вторым законом термодинамики и, как бы мы сейчас сказали, пытался изменить дискурс: одни физики описывали всё в терминах атомарной теории, другие (включая М. Планка) пытались осмыслить реальность через призму энергии. Но физика — наука точная, теория должна соответствовать практическим данным. А с ними у М. Планка и клана «энергетиков» не все было в порядке: при изучении распределения энергии в излучении нагретых объектов теория расходилась с практикой. М. Планк внимательно изучил теорию своего оппонента — Людвига Больцмана — и сделал вывод: энергия излучается дискретно, мельчайшими порциями. Их он и назвал квантами. Тогда же, в 1900 году, М. Планк представил свои (довольно точные) расчеты постоянной, названной в его честь. Однако сам М. Планк еще долго не осознавал истинного смысла и важности своей гипотезы.
Макс Борн
в 1926 году предложил вероятностную интерпретацию волновой функции, что стало основой для понимания квантовых явлений.
Постепенно знания накапливались. Великий Альберт Эйнштейн предположил, что свет не только излучается, но и существует в форме квантов, и в 1905 году объяснил фотоэффект: электромагнитные волны (например свет) выбивают электроны с верхних энергетических уровней атомов — таким образом и возникает электроэнергия (в 1921 году он получил Нобелевскую премию именно за это открытие, а не за теорию относительности). В 1913 году появилась атомарная модель Нильса Бора, включающая ядро и электроны (Нобелевская премия 1922 года). А в 1923 году француз Луи де Бройль предложил совсем уж неожиданную идею: частицы могут вести себя как волны! «Сумасшедшей» идея Л. де Бройля считалась недолго — ее экспериментально доказали на примере дифракции электронов Клинтон Дэвиссон, Лестер Джермер и Джордж Томсон (за что и они, и Л. де Бройль заслуженно получили свои Нобели).
Вернер Гейзенберг
в 1927 году сформулировал принцип неопределенности: невозможно одновременно точно измерить положение и импульс частицы.
И все же по-настоящему кардинальные открытия были сделаны в 1925 году: Вернер Гейзенберг, Макс Борн и Паскаль Йордан сформулировали матричную механику, Эрвин Шредингер создал знаменитое уравнение, положив начало волновой квантовой механике, а через несколько месяцев Поль Дирак систематизировал эти идеи и закрепил математический фундамент квантовой теории. П. Дирак и Э. Шредингер получили Нобелевку в 1933 году, а В. Гейзенберг — в 1932‑м.
Мы акцентируем внимание на премиях, чтобы показать: теоретические основы квантовой механики были заложены 80−120 лет назад. Это был прорыв в науке! И мы еще вспомнили далеко не все достойные упоминания имена и Нобелевские премии. Однако вышеизложенного вполне достаточно для понимания того факта, что уже 100 лет назад физика накопила достаточный объем знаний для того, чтобы ученые смогли найти практическое применение фундаментальным открытиям.
Мы акцентируем внимание на премиях, чтобы показать: теоретические основы квантовой механики были заложены 80−120 лет назад. Это был прорыв в науке! И мы еще вспомнили далеко не все достойные упоминания имена и Нобелевские премии. Однако вышеизложенного вполне достаточно для понимания того факта, что уже 100 лет назад физика накопила достаточный объем знаний для того, чтобы ученые смогли найти практическое применение фундаментальным открытиям.
Поль Дирак
в 1930 году систематизировал идеи волновой квантовой механики и установил математический фундамент квантовой теории.
Самые важные для понимания квантовой теории понятия всем известны, они почти стали мемами.
Суперпозиция — уникальное свойство квантовых объектов и систем — способность находиться в нескольких состояниях одновременно. Например, у электрона может быть два варианта спина (↑ и ↓), но, пока мы не проведем необходимое измерение, для нас он находится сразу в обоих состояниях. Это и есть суперпозиция. Самая известная иллюстрация этого понятия — мысленный эксперимент, известный как Кот Шредингера (на самом деле ученый говорил о кошке, но это неважно): пока мы не откроем коробку, не узнаем, жив кот или мертв.
Квантовая запутанность предполагает, что два и более квантовых объектов могут находиться в связанном (запутанном) состоянии даже на очень больших расстояниях. Причем изменение параметров одной частицы приводит к мгновенному разрушению запутанности и, соответственно, изменению параметров второй.
Суперпозиция — уникальное свойство квантовых объектов и систем — способность находиться в нескольких состояниях одновременно. Например, у электрона может быть два варианта спина (↑ и ↓), но, пока мы не проведем необходимое измерение, для нас он находится сразу в обоих состояниях. Это и есть суперпозиция. Самая известная иллюстрация этого понятия — мысленный эксперимент, известный как Кот Шредингера (на самом деле ученый говорил о кошке, но это неважно): пока мы не откроем коробку, не узнаем, жив кот или мертв.
Квантовая запутанность предполагает, что два и более квантовых объектов могут находиться в связанном (запутанном) состоянии даже на очень больших расстояниях. Причем изменение параметров одной частицы приводит к мгновенному разрушению запутанности и, соответственно, изменению параметров второй.
Ричард Фейнман
в 1981 году предложил создать квантовый компьютер для моделирования физических систем.
Американские физики Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн демонстрируют работу транзистора на основе полупроводникового материала. 1947 г.
Принцип неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно точно определить координаты и импульс квантовой частицы. Проблема в том, что на микроуровне невозможно провести измерение, не оказав воздействия на изучаемый объект. То есть исследователи имеют дело с вероятностью того, что частица находится в определенном месте, имеет определенную скорость или энергию. Фактически это означает, что чем точнее мы измеряем одну характеристику частицы, тем менее точно можем измерить вторую.
Принцип дополнительности, или корпускулярно-волновой дуализм, постулирует: объекты микромира описываются и как частицы, и как волны (эти описания дополняют друг друга). Знаменитый двухщелевой эксперимент: возьмем экран с двумя прорезями и направим на них одиночные фотоны или электроны, а за этим экраном поставим еще один, на котором будем проводить измерения. Если мы начнем измерять вероятность детектирования прилета частицы в различных точках экрана за щелями, то обнаружим, что эта вероятность подчиняется закону интерференции (наложения волн): области, где вероятность обнаружить частицу высока, будут чередоваться с областями, где она низка. Такое возможно в единственном случае — если частица ведет себя как волна и проходит одновременно через обе щели. Однако, если мы установим в щелях детекторы, которые будут обнаруживать частицу при пролете через щели, то увидим, что интерференция исчезнет, а частица будет пролетать либо через одну, либо через другую щель. Таким образом, частицы ведут себя как корпускулы (классические частицы), а не как волны. Эти результаты демонстрируют принцип корпускулярно-волнового дуализма.
Принцип дополнительности, или корпускулярно-волновой дуализм, постулирует: объекты микромира описываются и как частицы, и как волны (эти описания дополняют друг друга). Знаменитый двухщелевой эксперимент: возьмем экран с двумя прорезями и направим на них одиночные фотоны или электроны, а за этим экраном поставим еще один, на котором будем проводить измерения. Если мы начнем измерять вероятность детектирования прилета частицы в различных точках экрана за щелями, то обнаружим, что эта вероятность подчиняется закону интерференции (наложения волн): области, где вероятность обнаружить частицу высока, будут чередоваться с областями, где она низка. Такое возможно в единственном случае — если частица ведет себя как волна и проходит одновременно через обе щели. Однако, если мы установим в щелях детекторы, которые будут обнаруживать частицу при пролете через щели, то увидим, что интерференция исчезнет, а частица будет пролетать либо через одну, либо через другую щель. Таким образом, частицы ведут себя как корпускулы (классические частицы), а не как волны. Эти результаты демонстрируют принцип корпускулярно-волнового дуализма.
Сотрудник одной из лабораторий Российского квантового центра
Первая и вторая квантовые революции
Итак, основные теоретические открытия были совершены до Второй мировой войны, а сразу после нее ученые и инженеры создали два очень важных устройства: транзистор (1947 год) и мазер (1953 год). Оба были отмечены Нобелевскими премиями. Транзистор — это начало всей современной электроники: телефонов, компьютеров, телевизоров, флэш-накопителей и многого другого. Вскоре после создания мазера был изобретен лазер. Сегодня лазеры используются повсюду: от медицины и 3D-печати до космоса и большой науки.
Важно понимать, что транзистор и лазер — это устройства, работающие на коллективных квантовых явлениях. Например, в микросхеме к электронным компонентам (транзисторам, конденсаторам и т. д.) подается ток, то есть поток электронов. И нам совершенно не важно, что́ происходит с каждым отдельным электроном, мы рассматриваем весь массив этих частиц как нечто целое. Аналогичная ситуация с лазером: мы генерируем огромное количество очень похожих друг на друга фотонов (по-научному — когерентных, монохроматических), и для нас также неважно, что происходит с каждым из них.
Итак, основные теоретические открытия были совершены до Второй мировой войны, а сразу после нее ученые и инженеры создали два очень важных устройства: транзистор (1947 год) и мазер (1953 год). Оба были отмечены Нобелевскими премиями. Транзистор — это начало всей современной электроники: телефонов, компьютеров, телевизоров, флэш-накопителей и многого другого. Вскоре после создания мазера был изобретен лазер. Сегодня лазеры используются повсюду: от медицины и 3D-печати до космоса и большой науки.
Важно понимать, что транзистор и лазер — это устройства, работающие на коллективных квантовых явлениях. Например, в микросхеме к электронным компонентам (транзисторам, конденсаторам и т. д.) подается ток, то есть поток электронов. И нам совершенно не важно, что́ происходит с каждым отдельным электроном, мы рассматриваем весь массив этих частиц как нечто целое. Аналогичная ситуация с лазером: мы генерируем огромное количество очень похожих друг на друга фотонов (по-научному — когерентных, монохроматических), и для нас также неважно, что происходит с каждым из них.
Лаборатория когерентной микрооптики и радиофотоники Российского квантового центра
Сегодня ученые перешли на более глубокий уровень — научились работать не только с коллективными явлениями в квантовых системах, но и с индивидуальными квантовыми объектами. Это значит, что мы создаем в лабораториях большие массивы частиц (обычно их называют ансамблями), и каждая из них важна, каждую мы можем заставить контролируемым образом чувствовать остальные частицы. Переход от системы к отдельным объектам открывает фантастические перспективы, именно поэтому я убежден, что мы находимся на пороге второй квантовой революции.
Трудно связать смену парадигмы с именем конкретного ученого. Советский физик (ныне академик РАН) Александр Семенович Холево показал, как работать с квантовой информацией, а чуть позже (в 1980 году) Юрий Иванович Манин предложил первую концепцию квантового вычислительного устройства. Параллельно с ним Пол Бениофф предъявил квантово-механическую модель машины Тьюринга, а в 1981 году Ричард Фейнман предложил создать квантовый компьютер. Во многих источниках именно Р. Фейнмана называют «отцом» квантового компьютера, но, как и в случае с квантовой механикой, присвоить этот титул одному человеку было бы некорректно.
Трудно связать смену парадигмы с именем конкретного ученого. Советский физик (ныне академик РАН) Александр Семенович Холево показал, как работать с квантовой информацией, а чуть позже (в 1980 году) Юрий Иванович Манин предложил первую концепцию квантового вычислительного устройства. Параллельно с ним Пол Бениофф предъявил квантово-механическую модель машины Тьюринга, а в 1981 году Ричард Фейнман предложил создать квантовый компьютер. Во многих источниках именно Р. Фейнмана называют «отцом» квантового компьютера, но, как и в случае с квантовой механикой, присвоить этот титул одному человеку было бы некорректно.
Переход от системы к отдельным объектам открывает фантастические перспективы, именно поэтому я убежден, что мы находимся на пороге второй квантовой революции.
Помимо квантовых вычислений, к квантовым технологиям второго поколения относят также квантовые сенсоры и квантовые коммуникации. Они реализованы в разной степени, однако десятки научных лабораторий, институтов и корпораций по всему миру пытаются сделать их коммерчески применимыми.
Квантовый щит
Квантовые коммуникации — это передача зашифрованных данных с применением квантовых технологий. Классическая зашифрованная информация передается по обычному каналу связи, а секретный ключ, необходимый для дешифровки, — квантовыми объектами (одиночными фотонами или ослабленными оптическими импульсами). На исходном устройстве генерируются фотоны в состоянии суперпозиции, в них зашифрованы привычные 0 и 1. Этот набор передается адресату. Если по пути с фотонами что-то случается (помехи, попытка кражи и т. д.), то отправитель и получатель смогут идентифицировать фотоны, пришедшие в измененном состоянии, и исключить их из процесса генерации секретного ключа (так называемый просеянный квантовый ключ). Когда у получателя набирается достаточно длинная последовательность (например, 20 тыс. знаков), передача фотонов останавливается; этот набор и становится ключом к дешифровке. Таким образом, по открытому каналу связи передается секретный ключ, который нельзя украсть. После этого передается зашифрованное сообщение. Если оно и будет перехвачено, без ключа прочитать его невозможно.
Правительство России назначило ОАО «РЖД» организацией, ответственной за развитие высокотехнологичного направления «Квантовые коммуникации». РКЦ также активно занимается исследованиями и разработкой в этом направлении.
Правительство России назначило ОАО «РЖД» организацией, ответственной за развитие высокотехнологичного направления «Квантовые коммуникации». РКЦ также активно занимается исследованиями и разработкой в этом направлении.
Квантовые сенсоры
Это устройства, использующие квантовые эффекты для измерения физических величин с исключительной точностью. Они уже существуют и активно внедряются в различных областях, от медицины и навигации до геологоразведки и фундаментальной физики. Например, атомные часы сверхточно измеряют время и используются в GPS-навигации; магнитометры измеряют даже очень слабые магнитные поля и могут применяться для изучения активности мозга и в геологоразведке; гравиметры реагируют на мельчайшие изменения гравитационного поля Земли и помогают геологам в подземной разведке полезных ископаемых; инерциальные сенсоры, основанные на интерферометрии атомов, используются для навигации в подводных лодках и самолетах; в октябре 2024 года китайские специалисты представили квантовый лидар.
Как устроен квантовый компьютер
В обычных компьютерах используются чипы, состоящие из огромного количества транзисторов. Каждый из них может иметь два состояния: под электрическим напряжением и без него. Эти состояния, часто обозначаемыекак 1 и 0, называются битами информации. Причем алгоритмы работы устроены так, что транзисторы работают последовательно, то есть от состояния одних зависит состояние других. Именно поэтому на сложные расчеты нужно время (слишком много операций необходимо сделать).
В квантовых компьютерах вместо чипов с транзисторами используются квантовые объекты, способные пребывать одновременнов состояниях 0 и 1, то есть в состоянии суперпозиции. Это и есть кубиты. Однако одной суперпозиции недостаточно, кубиты необходимо запутать между собой.
Как это работает? Представьте, что у нас есть монета, которая после подбрасывания падает либо орлом (О), либо решкой (Р) вверх. Если взять две монеты (1 и 2), то после подбрасывания станут возможны 4 варианты: 1О2Р, 1Р2О, 1О2О и 1Р2Р. Это классическаяфизика. А если у нас квантовые «монеты», которым свойственна суперпозиция, они находятся во всех четырех состояниях одновременно! Таким образом мы получили систему, состоящую из двух кубитов.
В обычных компьютерах используются чипы, состоящие из огромного количества транзисторов. Каждый из них может иметь два состояния: под электрическим напряжением и без него. Эти состояния, часто обозначаемыекак 1 и 0, называются битами информации. Причем алгоритмы работы устроены так, что транзисторы работают последовательно, то есть от состояния одних зависит состояние других. Именно поэтому на сложные расчеты нужно время (слишком много операций необходимо сделать).
В квантовых компьютерах вместо чипов с транзисторами используются квантовые объекты, способные пребывать одновременнов состояниях 0 и 1, то есть в состоянии суперпозиции. Это и есть кубиты. Однако одной суперпозиции недостаточно, кубиты необходимо запутать между собой.
Как это работает? Представьте, что у нас есть монета, которая после подбрасывания падает либо орлом (О), либо решкой (Р) вверх. Если взять две монеты (1 и 2), то после подбрасывания станут возможны 4 варианты: 1О2Р, 1Р2О, 1О2О и 1Р2Р. Это классическаяфизика. А если у нас квантовые «монеты», которым свойственна суперпозиция, они находятся во всех четырех состояниях одновременно! Таким образом мы получили систему, состоящую из двух кубитов.
Прототип «сердца» квантового компьютера в лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», МИСиС
Если у одной частицы суперпозиция включает два состояния (двухуровневая система), то одномоментно такой компьютер включает 2n состояний, где n — количество «монет», то есть кубитов (фотонов, атомов, ионов, сверхпроводящих цепочек и т. д.). Таким образом, если у нас будет 10 тыс. частиц (10 тыс. кубитов), то мы получим одновременно 210 000 состояний. А значит, квантовому компьютеру не нужно последовательно перебирать 210 000 разных вариантов ответов, как это делает классическийкомпьютер, — он реализует их все одновременно. Наша задача сводится к тому, чтобы при помощи физических операций над кубитами (используя лазер, интерферометр и т. д.) максимизировать вероятность измерения единственного состояния, соответствующего правильному ответу. Характер этих физических процедур зависит от того, что является кубитом, какой квантовый объект мы используем.
Сейчас ученые используют несколько типов квантовых объектов, и совершенно не понятно, какая платформа станет доминирующей: у каждой есть плюсы и минусы. Наиболее распространены четыре платформы.
Ионы. Это заряженные атомы, удерживаемые в вакууме электромагнитными полями (ловушками). Сейчас активно применяют ионы кальция, бериллия, иттербия и стронция. Адресация частиц и проведение операций в основном осуществляются при помощи лазерного излучения.
Нейтральные атомы. Обычно используются рубидий или цезий. Специальные оптические пинцеты создают регулярную структуру, удерживают атомы в «ячейках» и позволяют менять квантовые состояния атомов.
Фотоны. Кванты света вводятся в специальные фотонно-интегральные схемы, похожие на микросхемы в компьютерах. Такие системы могут быть запрограммированы посредством управления нагревательными элементами и приложением электрического поля.
Сверхпроводящие цепочки, охлажденные до очень низких температур, в которых возникают сверхпроводящие явления. В основном применяются ниобий и его соединения.
Сейчас ученые используют несколько типов квантовых объектов, и совершенно не понятно, какая платформа станет доминирующей: у каждой есть плюсы и минусы. Наиболее распространены четыре платформы.
Ионы. Это заряженные атомы, удерживаемые в вакууме электромагнитными полями (ловушками). Сейчас активно применяют ионы кальция, бериллия, иттербия и стронция. Адресация частиц и проведение операций в основном осуществляются при помощи лазерного излучения.
Нейтральные атомы. Обычно используются рубидий или цезий. Специальные оптические пинцеты создают регулярную структуру, удерживают атомы в «ячейках» и позволяют менять квантовые состояния атомов.
Фотоны. Кванты света вводятся в специальные фотонно-интегральные схемы, похожие на микросхемы в компьютерах. Такие системы могут быть запрограммированы посредством управления нагревательными элементами и приложением электрического поля.
Сверхпроводящие цепочки, охлажденные до очень низких температур, в которых возникают сверхпроводящие явления. В основном применяются ниобий и его соединения.
Пространственная когерентная машина Изинга — квантовое вычислительное устройство, решающее задачи класса NP
В нашей стране ведутся разработки по всем четырем платформам. Кроме России одновременноразрабатывают все четыре платформы только США и Китай. В 2024 году РКЦ совместно с партнерами создали 50‑кубитовые квантовые компьютеры на ионах и нейтральных атомах. Этот важный результат ввел нашу страну в шестерку стран, обладающих квантовым компьютерами с 50 и более кубитами. Все платформы имеют преимущества, поэтому необходимо развивать все направления. Вероятно, в будущем для различных типов задач будут использоваться квантовые компьютеры на различных платформах.
Квантовая оптика: от квантовых симуляторов до робототехники
Область квантовых технологий очень широка. Только в РКЦ работают 19 научных групп, и у каждой свое направление исследований. О том, чем занимается группа «Квантовая оптика», рассказывает младший научный сотрудник Российского квантового центра Дарья Сокол.
— Дарья, ваша группа создает устройства для решения сложных вычислительных задач, эффективной передачи данных и сенсорики. Для этого используются, в частности, когерентные машины Изинга. Что это такое?
— Если коротко, это квантовые симуляторы, то есть физические системы, в отличие от универсального квантового компьютера, не обладающие квантовой логикой. Это означает, что их нельзя запрограммировать для решения задач разных типов. Но один тип задач такие системы решают хорошо. Представим, что у нас есть некая сумма денег и мы выбираем, в какие объекты недвижимости ее вложить. Вариантов много, скажем, 10 тыс. Говоря математически, это уравнение с 10 тыс. переменных, и нам нужно найти некий оптимум — максимальную доходность и минимальные риски. Для решения задачи необходимо проанализировать все возможные варианты, их 210 000. Даже соединив все компьютеры мира в одну систему, мы никогда не переберем такое количество вариантов. Такой тип задач называется задачами дискретной комбинаторной оптимизации. Они встречаются в логистике, фармакологии, материаловедении и т. д.
Физик Эрнст Изинг сформулировал модель ферромагнитизма, определив гамильтониан (функцию, описывающую энергию квантовой системы) для взаимодействующих магнитных частиц. Оказалось, что структура гамильтониана Изинга аналогична структуре задачи дискретной оптимизации. А значит, если задачу путем простого математического преобразования закодировать в физическую систему, эволюция которой определяется по модели Изинга, то в результате мы сможем получить нужное решение. И всё благодаря универсальному правилу: все физические объекты стремятся к состоянию с наименьшей энергией, оно и станет решением поставленной задачи.
— Машины Изинга уже применяются или пока находятся на стадии разработки?
— Устройства, позволяющие решать такие задачи, уже стали коммерческим продуктом. Первые такие устройства изготовила канадская компания D-Wave. Сегодня она предлагает системы с 5 тыс. спинов, работающие по принципу квантового отжига. Система очень интересна, однако имеет ряд ограничений, главное из которых — ее связность. В процессоре D-Wave спины соединяются в кластеры по 15 штук, таким образом они хорошо «чувствуют» только 15 своих соседей, а тех, которые находятся дальше, — уже нет. То есть 5 тыс. кубитов у D-Wave — это не так много, как кажется.
— Ваша группа идет по стопам D-Wave?
— Нет, устройства D-Wave не оптические, а наша лаборатория работает с оптическими системами. У нас разные архитектуры. В частности, мы разрабатываем когерентную машину Изинга на чипе. При помощи процесса литографии производятся полупроводниковые фотонные интегральные чипы из нитрида кремния. Основной элемент такой фотонно-интегральной схемы — микрорезонатор (имеющий форму кольца). В таких системах очень низки потери, то есть свет в них может долго распространяться без существенных потерь энергии, а значит — в них можно возбудить нелинейные эффекты, важные для различных приложений в классической и квантовой физике. Таким образом, после достижения определенного порога энергии излучения внутри микрорезонатора могут наблюдаться нелинейные и квантовые эффекты. При достижении резонансных условий энергия поля внутри значительно возрастает, и за счет нелинейности мы можем запустить процесс генерации других частот. Таким образом мы превращаем фотоны одной частоты в фотоны с другими частотами. За счет такого нелинейного процесса в кольцевых микрорезонаторах мы возбуждаем набор эквидистантных частот. Это так называемые частотные гребенки. Также, используя нелинейные сигналы, мы показали, что на чипе с помощью связанных колец-микрорезонаторов можно изготовить когерентную машину Изинга, где роль спинов магнитных частиц будут играть оптические моды, и решать задачи дискретной оптимизации. Мы уже повторили лучший в мире результат Колумбийского университета и теперь идем дальше.
— Микрорезонаторы, о которых вы говорите, нужны только для квантовых вычислений?
— Нет, они имеют ряд практических применений. Например, сегодня в России остро стоит вопрос качественных источников лазерного излучения. Они очень дороги. Но если взять самый обычный полупроводниковый диод с посредственными характеристиками и направить излучение от этого диода в микрорезонатор, то получится интересный эффект: внутри кристалла в резонаторе есть пустоты, микрочастицы и прочие «дефекты», поэтому лазерное излучение частично рассеивается, в том числе в обратную сторону. Это так называемое рэлеевское обратное рассеяние. И когда излучение попадает обратно в диод, частота его излучения стабилизируется, а это означает, что улучшаются характеристики лазера. То есть плохой лазер превращается в очень хороший: с узкой шириной линии, низкими фазовыми шумами. И такие стабильные лазерные источники мы тоже разрабатываем.
Важно упомянуть и оптические частотные гребенки. Такую гребенку можно ввести в когерентный режим и создать солитон, то есть изолированный оптический импульс внутри резонатора: вместо одной частоты появится импульс с целым спектром частот. Особенно важно, что у таких импульсов очень низкие шумы, а значит, они очень нужны, например, при когерентной передаче данных. А еще на их основе можно изготовить радиофотонный генератор.
Если уйти от квантов и перейти, например, к нелинейной оптике, то частотные гребенки применимы в спектроскопии, астрофизике, лидарах (например, беспилотного транспорта), преобразователях частот в телекоммуникациях и т. д.
— Вы создаете компактные источники сжатых состояний на интегральном чипе. Расскажите о них, пожалуйста.
— Свет можно описать с помощью амплитуды и фазы — это измеримые характеристики. Но как только мы переходим к одиночным фотонам, срабатывает неопределенность Гейзенберга: мы не можем точно узнать сразу два параметра. С помощью нелинейных (параметрических) процессов можно снизить точность измерения одного параметра, увеличив точность измерения другого. В оптике мы узнаём фазово-амплитудные характеристики фотонов, измеряя квадратуры поля. Эти квадратуры также подчиняются соотношению неопределенности Гейзенберга, значит, мы не можем точно измерить каждую из них. Поэтому на плоскости, где координатами являются значения квадратур, наш фотон будет выглядеть как круг, радиус которого характеризуется неопределенностью.
Так вот, используя нелинейные процессы, можно сжать этот круг по одной координате, соответственно растянув по другой. В результате одну квадратуру мы будем измерять очень точно, вторую — наоборот. Такие фотоны называются сжатым светом, и они открывают удивительные возможности. Используя такие состояния света в детекторах, можно обходить стандартный квантовый предел, ограничивающий чувствительность классической электроники.
Пример датчика, использующего сжатые состояния света, — детектор гравитационных волн LIGO (такие приборы работают в обсерваториях в Хэнворде и Ливингстоне, США. — Прим. ред.). Он измеряет интерференционные картины в огромном интерферометре. По сути, это два четырехкилометровых тоннеля, расположенных перпендикулярно друг другу. Внутри них в вакууме распространяются фотоны. Если где-то в далеком космосе происходит взаимодействие двух массивных гравитационных объектов, например, слияние двух черных дыр, то возникают гравитационные волны, спустя несколько миллиардов лет долетающие до нашей планеты. Согласно общей теории относительности, гравитационные волны приводят к искривлению пространства-времени, причем если в каком-то направлении объекты чуть удлиняются, то в перпендикулярном направлении они укорачиваются. За счет использования больших плеч интерферометра это изменение можно зафиксировать, наблюдая за изменением интерференционной картины.
Упомянутые гравитационные волны очень слабые, поэтому детекторы нужны высокочувствительные и высокоточные. Если использовать классический свет, чувствительность детектора будет ограничена стандартным квантовым пределом и мы сможем наблюдать лишь наиболее значительные события, происходящие не так уж часто. Но заменив классические сигналы на сжатые состояния света, мы значительно повысим чувствительность, и детектор зафиксирует события, произошедшие либо с менее массивными объектами, либо с объектами, расположенными на значительном расстоянии от Земли. Наша группа занимается разработкой чипов, генерирующих сжатые состояния света. Кроме астрофизики, они нужны, например, и для квантовых вычислений непрерывных переменных, и для машин Изинга.
— А как насчет робототехники?
— Это сравнительно новое направление, проект «Роботика» — разработка алгоритмов ИИ для управления робототехническими системами. Кроме того, мы работаем над высокочувствительными оптоволоконными тактильными сенсорами. Если оптоволокно растянуть, оно будет довольно чутко реагировать на прикосновения и иные воздействия. Мы пытаемся интегрировать такие сенсоры в роботизированные манипуляторы. В результате получатся роботы с тактильной чувствительностью, которые смогут работать с хрупкими и легко деформируемыми предметами.
— Если коротко, это квантовые симуляторы, то есть физические системы, в отличие от универсального квантового компьютера, не обладающие квантовой логикой. Это означает, что их нельзя запрограммировать для решения задач разных типов. Но один тип задач такие системы решают хорошо. Представим, что у нас есть некая сумма денег и мы выбираем, в какие объекты недвижимости ее вложить. Вариантов много, скажем, 10 тыс. Говоря математически, это уравнение с 10 тыс. переменных, и нам нужно найти некий оптимум — максимальную доходность и минимальные риски. Для решения задачи необходимо проанализировать все возможные варианты, их 210 000. Даже соединив все компьютеры мира в одну систему, мы никогда не переберем такое количество вариантов. Такой тип задач называется задачами дискретной комбинаторной оптимизации. Они встречаются в логистике, фармакологии, материаловедении и т. д.
Физик Эрнст Изинг сформулировал модель ферромагнитизма, определив гамильтониан (функцию, описывающую энергию квантовой системы) для взаимодействующих магнитных частиц. Оказалось, что структура гамильтониана Изинга аналогична структуре задачи дискретной оптимизации. А значит, если задачу путем простого математического преобразования закодировать в физическую систему, эволюция которой определяется по модели Изинга, то в результате мы сможем получить нужное решение. И всё благодаря универсальному правилу: все физические объекты стремятся к состоянию с наименьшей энергией, оно и станет решением поставленной задачи.
— Машины Изинга уже применяются или пока находятся на стадии разработки?
— Устройства, позволяющие решать такие задачи, уже стали коммерческим продуктом. Первые такие устройства изготовила канадская компания D-Wave. Сегодня она предлагает системы с 5 тыс. спинов, работающие по принципу квантового отжига. Система очень интересна, однако имеет ряд ограничений, главное из которых — ее связность. В процессоре D-Wave спины соединяются в кластеры по 15 штук, таким образом они хорошо «чувствуют» только 15 своих соседей, а тех, которые находятся дальше, — уже нет. То есть 5 тыс. кубитов у D-Wave — это не так много, как кажется.
— Ваша группа идет по стопам D-Wave?
— Нет, устройства D-Wave не оптические, а наша лаборатория работает с оптическими системами. У нас разные архитектуры. В частности, мы разрабатываем когерентную машину Изинга на чипе. При помощи процесса литографии производятся полупроводниковые фотонные интегральные чипы из нитрида кремния. Основной элемент такой фотонно-интегральной схемы — микрорезонатор (имеющий форму кольца). В таких системах очень низки потери, то есть свет в них может долго распространяться без существенных потерь энергии, а значит — в них можно возбудить нелинейные эффекты, важные для различных приложений в классической и квантовой физике. Таким образом, после достижения определенного порога энергии излучения внутри микрорезонатора могут наблюдаться нелинейные и квантовые эффекты. При достижении резонансных условий энергия поля внутри значительно возрастает, и за счет нелинейности мы можем запустить процесс генерации других частот. Таким образом мы превращаем фотоны одной частоты в фотоны с другими частотами. За счет такого нелинейного процесса в кольцевых микрорезонаторах мы возбуждаем набор эквидистантных частот. Это так называемые частотные гребенки. Также, используя нелинейные сигналы, мы показали, что на чипе с помощью связанных колец-микрорезонаторов можно изготовить когерентную машину Изинга, где роль спинов магнитных частиц будут играть оптические моды, и решать задачи дискретной оптимизации. Мы уже повторили лучший в мире результат Колумбийского университета и теперь идем дальше.
— Микрорезонаторы, о которых вы говорите, нужны только для квантовых вычислений?
— Нет, они имеют ряд практических применений. Например, сегодня в России остро стоит вопрос качественных источников лазерного излучения. Они очень дороги. Но если взять самый обычный полупроводниковый диод с посредственными характеристиками и направить излучение от этого диода в микрорезонатор, то получится интересный эффект: внутри кристалла в резонаторе есть пустоты, микрочастицы и прочие «дефекты», поэтому лазерное излучение частично рассеивается, в том числе в обратную сторону. Это так называемое рэлеевское обратное рассеяние. И когда излучение попадает обратно в диод, частота его излучения стабилизируется, а это означает, что улучшаются характеристики лазера. То есть плохой лазер превращается в очень хороший: с узкой шириной линии, низкими фазовыми шумами. И такие стабильные лазерные источники мы тоже разрабатываем.
Важно упомянуть и оптические частотные гребенки. Такую гребенку можно ввести в когерентный режим и создать солитон, то есть изолированный оптический импульс внутри резонатора: вместо одной частоты появится импульс с целым спектром частот. Особенно важно, что у таких импульсов очень низкие шумы, а значит, они очень нужны, например, при когерентной передаче данных. А еще на их основе можно изготовить радиофотонный генератор.
Если уйти от квантов и перейти, например, к нелинейной оптике, то частотные гребенки применимы в спектроскопии, астрофизике, лидарах (например, беспилотного транспорта), преобразователях частот в телекоммуникациях и т. д.
— Вы создаете компактные источники сжатых состояний на интегральном чипе. Расскажите о них, пожалуйста.
— Свет можно описать с помощью амплитуды и фазы — это измеримые характеристики. Но как только мы переходим к одиночным фотонам, срабатывает неопределенность Гейзенберга: мы не можем точно узнать сразу два параметра. С помощью нелинейных (параметрических) процессов можно снизить точность измерения одного параметра, увеличив точность измерения другого. В оптике мы узнаём фазово-амплитудные характеристики фотонов, измеряя квадратуры поля. Эти квадратуры также подчиняются соотношению неопределенности Гейзенберга, значит, мы не можем точно измерить каждую из них. Поэтому на плоскости, где координатами являются значения квадратур, наш фотон будет выглядеть как круг, радиус которого характеризуется неопределенностью.
Так вот, используя нелинейные процессы, можно сжать этот круг по одной координате, соответственно растянув по другой. В результате одну квадратуру мы будем измерять очень точно, вторую — наоборот. Такие фотоны называются сжатым светом, и они открывают удивительные возможности. Используя такие состояния света в детекторах, можно обходить стандартный квантовый предел, ограничивающий чувствительность классической электроники.
Пример датчика, использующего сжатые состояния света, — детектор гравитационных волн LIGO (такие приборы работают в обсерваториях в Хэнворде и Ливингстоне, США. — Прим. ред.). Он измеряет интерференционные картины в огромном интерферометре. По сути, это два четырехкилометровых тоннеля, расположенных перпендикулярно друг другу. Внутри них в вакууме распространяются фотоны. Если где-то в далеком космосе происходит взаимодействие двух массивных гравитационных объектов, например, слияние двух черных дыр, то возникают гравитационные волны, спустя несколько миллиардов лет долетающие до нашей планеты. Согласно общей теории относительности, гравитационные волны приводят к искривлению пространства-времени, причем если в каком-то направлении объекты чуть удлиняются, то в перпендикулярном направлении они укорачиваются. За счет использования больших плеч интерферометра это изменение можно зафиксировать, наблюдая за изменением интерференционной картины.
Упомянутые гравитационные волны очень слабые, поэтому детекторы нужны высокочувствительные и высокоточные. Если использовать классический свет, чувствительность детектора будет ограничена стандартным квантовым пределом и мы сможем наблюдать лишь наиболее значительные события, происходящие не так уж часто. Но заменив классические сигналы на сжатые состояния света, мы значительно повысим чувствительность, и детектор зафиксирует события, произошедшие либо с менее массивными объектами, либо с объектами, расположенными на значительном расстоянии от Земли. Наша группа занимается разработкой чипов, генерирующих сжатые состояния света. Кроме астрофизики, они нужны, например, и для квантовых вычислений непрерывных переменных, и для машин Изинга.
— А как насчет робототехники?
— Это сравнительно новое направление, проект «Роботика» — разработка алгоритмов ИИ для управления робототехническими системами. Кроме того, мы работаем над высокочувствительными оптоволоконными тактильными сенсорами. Если оптоволокно растянуть, оно будет довольно чутко реагировать на прикосновения и иные воздействия. Мы пытаемся интегрировать такие сенсоры в роботизированные манипуляторы. В результате получатся роботы с тактильной чувствительностью, которые смогут работать с хрупкими и легко деформируемыми предметами.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ