Когда россия будет делать компьютеры
Обновлено: 05.07.2024
Российские ученые создали первую отечественную пятикубитную интегральную схему для квантовых вычислений. Над ней работали специалисты МФТИ, и это полноценный российский прототип квантового процессора, который может использоваться в квантовом машинном обучении. Глава IBM Арвинд Кришна в начале 2020 г. открыто выразил сомнение, что Россия способна сделать прорыв в области квантовых вычислений.
Отечественный квантовый процессор
В России разработана первая интегральная схема на базе пяти сверхпроводниковых кубитов в держателе. Ее создали специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) в Лаборатории искусственных квантовых систем (ЛИКС), и, как сообщили CNews представители вуза, эту разработку можно считать прототипом квантового процессора.
Созданная в лаборатории МФТИ, интегральная схема была изготовлена при участии сотрудников Центра коллективного пользования (ЦКП) (еще одно подразделение МФТИ). На момент публикации материала она прошла ряд испытаний, которые показали, что все ее элементы работают именно с теми параметрами, на которые рассчитывали разработчики.
Шесть лет работы
Первый российский кубит, по словам научного сотрудника ЛИКС Алексея Болгара, был получен шесть лет назад, в 2015 г. непосредственно в этой лаборатории. С его слов, после этого сотрудники лаборатории и ЦКП продолжили работу в данном направлении. «Все эти годы сотрудники ЦКП МФТИ и лаборатории трудились над улучшением технологии изготовления сверхпроводящих квантовых структур с различной архитектурой. В результате сейчас мы имеем технологию, которая уже достаточно надежна для создания многокубитных вычислительных устройств. Созданная нами интегральная квантовая схема, в отличие от ранее разработанных в России прототипов, позволяет полностью контролировать состояние всех пяти кубитов. Такие интегральные схемы и необходимы для создания универсального квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах. Это большой технологический успех», – отметил Алексей Болгар.
Представители МФТИ отметили, что создание российской многокубитовой интегральной схемы стало возможным благодаря четырем факторам, и первый среди них – это значительное улучшение контроля геометрических и электрических параметров туннельных контактов. По словам представителей вуза, эти контакты можно считать «сердцем» сверхпроводящих кубитов, поскольку от качества и воспроизводимости их изготовления напрямую зависит работоспособность всей квантовой схемы.
Второй фактор заключается в наладке технологии изготовления микроволновых резонаторов, добротность которых в однофотонном режиме составляет сотни тысяч. Это тоже очень важная часть квантовых интегральных схем – они нужны для считывания квантового состояния кубитов.
Третий фактор – отладка процесса изготовления «навесных мостиков» (air bridge), необходимых для подавления паразитных резонансных модов, что положительно сказывается на добротности структур. Но самой важной составляющей, позволившей специалистам МФТИ создать многокубитовую схема, по их мнению, является накопленный ими за последние несколько лет опыт в этой сфере.
Планы на будущее
В МФТИ не уточняют, когда именно начнется эра российских квантовых компьютеров, как и не раскрывают свои дальнейшие планы по разработке новых многокубитовых интегральных схем и их внедрению. По словам Алексея Болгара, принимавшего непосредственное участие в разработке пятикубитовой схемы, Для каких-либо дальнейших действий в этой сфере необходимо модернизировать как ЦКП, так и лабораторию ИКС в составе МФТИ.
«Наши текущие результаты говорят о том, что технологические и измерительные возможности ЦКП и нашей лаборатории позволяют отработать и выполнить все этапы, необходимые для создания элементов квантовых процессоров, от технологических чертежей до интегральной квантовой схемы на чипе и ее измерений. Однако дальнейшее развитие работ по созданию управляемых элементов квантового компьютера и самого компьютера потребует модернизации “чистой зоны” ЦКП и дополнительного оснащения лаборатории современным исследовательским оборудованием», – отметил Алексей Болгар.
IBM сомневалась в успехах России
Компания IBM в лице своего генерального директора Арвинда Кришны (Arvind Krishna) выказывала сомнения в возможностях России создать собственный квантовый компьютер. В конце февраля 2020 г. Кришна, возглавивший IBM в апреле 2020 г., заявил, что IBM опережает другие страны «на десятилетия, а то и больше». На момент этого заявления Кришна, как сообщал CNews, занимал пост старшего вице-президента IBM по облачным и когнитивным решениям.
Разделяй и зарабатывай: сегментация сети создает новые источники дохода
Кришна также сообщил, что некоторые конкуренты компании, включая Google и ряд китайских предприятий, могут догнать IBM в ближайшие несколько лет. В потенциале России он усомнился: «Россия сообщила, что инвестирует несколько миллиардов рублей на создание квантового компьютера. Я полагаю, это вовсе не означает, что у них есть возможность сделать это», – отметил глава корпорации.
Арвинд Кришна ссылался на заявление директора по цифровизации госкорпорации «Росатом» Екатерины Солнцевой, сделанное в ноябре 2019 г. Она говорила о проекте по инвестированию в квантовые компьютеры не просто миллиардов, а десятков миллиардов рублей, точнее, 24 млрд руб.
Слова Екатерины Солнцевой подтвердились в июне 2020 г., когда в распоряжении CNews оказалась дорожная карта, подготовленная госкорпорацией «Росатом» в рамках соответствующего контракта с Правительством. В ней говорилось, что на развитие квантовых вычислений планируется вложить 23,6 млрд руб.
Основные затраты, согласно документу, будут связаны с разработкой квантовых процессоров, причем четырех разных типов. Также запланировано создание облачной платформы для доступа к квантовых вычислениям.
Что до IBM, то компания делает определенные успехи на поприще квантовых вычислений. К примеру, еще в начале января 2019 г. она продемонстрировала разработанный ее специалистами прототип квантового 20-кубитного компьютера в оригинальном компактном корпусе.
Система представляла собой квантовое вычислительное устройство четвертого поколения, заключенное в герметичный корпус в форме куба с гранью длинной 2,75 м, который был выполнен из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. IBM позиционировала новинку как устройство для научного и коммерческого использования.
Пока я писал предыдущую статью про то, что очередной российский бренд компьютеров начал производство материнских плат в России, я конечно понимал то, какие к этой статье будут комментарии. Сейчас я приведу примерный список, а вы сходите проверьте, насколько я Ванга.
1. "Россия отсталая страна - даже свой компьютер полностью из отечественных компонент сделать не может"
2. "В СССР делали компьютеры полностью самостоятельно, а в России это просто отверточная сборка"
3. "Опять для госструктур, когда я увижу российский компьютер на прилавке магазина?"
Поэтому я решил написать на эту тему отдельную статью, в которой я разложу все по полочкам.
1. "Россия отсталая страна - даже свой компьютер полностью из отечественных компонент сделать не может"
Начнем с того, что в современном мире способность страны производить компьютеры не является признаком её развития. На самом деле сегодня производить компьютеры могут почти все. Это довольно просто. Но разве вы что нибудь слышали о немецком компьютере? Может вы когда-нибудь встречали на прилавке французский компьютер? Даже Япония сегодня уже не производит компьютеры, по крайней мере массово. Да и США на своей территории компьютеры не производит, IBM ушла с этого рынка, HP, Compaq, Apple, давно переместили свои производства в Китай. А ведь когда-то США были мировым лидером в этой области! Что, неужели Америка, в которой и изобрели IBM PC, ставший родоначальником современных персональных компьютеров, вдруг стала отсталой страной? Неужели Германия и Япония отсталые страны?
Вовсе нет. Как я уже писал выше - любая страна способна производить компьютеры. Но в современном мире это экономически невозможно. И уж тем более полностью из собственных компонентов никто компьютер сделать не может, разве что Китай и Тайвань. То есть теоретически это возможно, но практически он будет иметь космическую стоимость. Но от этого эти страны не становятся отсталыми, ровно как и Россия. Поэтому те, кто говорят, "Россия отсталая страна - даже свой компьютер полностью из отечественных компонент сделать не может", на самом деле используют такой пропагандистский прием как "ложная дилемма" - нет, одно из другого никак не следует.
2. "В СССР делали компьютеры полностью самостоятельно, а в России это просто отверточная сборка"
Для начала нет, в СССР в конце 80-х уже не производили компьютеры полностью самостоятельно. Многие компоненты использовались из стран СЭВ. Но важно даже не это. Советские компьютеры в основном использовали западные архитектуры, а основным процессором был К1810ВМ86 - аналог Intel 8086. Да, этот процессор производили в СССР, но технологии, по которым был сделан Intel 8086 позволяли его очень легко скопировать. СССР смог скопировать еще и Intel 80286 (но это не точно) в виде СБИС КР1847ВМ286, но по множеству свидетельств выход годных микросхем был крайне низким. И это в то время, когда на рынок вышел уже 486-й процессор. Скопировать 80386 СССР так и не смог.
Мало того, уже тогда для некоторых компьютеров применялись импортные микросхемы. Вот взгляните на эту материнскую плату ПЭВМ ЕС 1863
Как пояснил Юнусов РБК, основные задачи созданной структуры:
- помогать компаниям, желающим экспортировать разработки в области квантовых технологий за рубеж, правильно регистрировать свою интеллектуальную собственность, получать международные патенты;
- помогать привлекать в Россию ученых, оказавшихся за границей после распада СССР, а также зарубежных экспертов;
- сделать в России инфраструктуру для создания квантовых процессоров (лаборатории, где будут проводиться исследования, фабрику — для создания решений);
- консолидировать усилия в области образования — делиться лучшими практиками между участниками, запускать совместные образовательные и просветительские программы и др.
По словам Юнусова, отдельного бюджета на НКЛ не предусмотрено, но консорциум будет создаваться в рамках «дорожной карты» «Квантовые вычисления», написанной «Росатомом» и в конце июля утвержденной правительственной комиссией по цифровому развитию, использованию информационных технологий для улучшения качества жизни и условий ведения предпринимательской деятельности.
Общий бюджет этой «дорожной карты» до 2024 года составляет 23,7 млрд руб., из которых около 45% должны привлечь из внебюджетных источников. «Бюджет будет распределяться между организациями, которые вошли в консорциум, на решение различных задач — поддержку образования, создание инфраструктуры, закупки оборудования и т.п. Члены НКЛ будут заниматься выполнением основной задачи документа — построения квантового компьютера», — пояснил Юнусов.
Зачем нужен квантовый компьютер
Как отмечалось в материалах нацпрограммы «Цифровая экономика», «первая квантовая революция» в первой половине XX века привела к появлению лазеров, транзисторов, ядерного оружия, а впоследствии — мобильных телефонов и интернета. Различные эксперты оценивали объем созданной благодаря этому индустрии в $3 трлн в год. «Вторая квантовая революция» ожидается с конца XX века и должна оказать на мир еще большее влияние. В частности, квантовые компьютеры будут способны решать задачи, недоступные классическим суперкомпьютерам, заявляли ранее в «Росатоме». Например, моделировать поведение сложных молекул для разработки новых лекарств и материалов, сложные логистические задачи, работать с большими данными. В сентябре Financial Times писала о квантовом компьютере Google, который способен за три секунды выполнить задачу, на которую самому мощному на сегодняшний день компьютеру нужно 10 тыс. лет.
В рамках «дорожной карты» «Квантовые вычисления» планируется построить на территории Сколково центр нанофабрикации площадью 2 тыс. кв. м, а также передовой лабораторный комплекс площадью более 3,5 тыс. кв. м.
Среди основных показателей, указанных в «дорожной карте», которых планируется достичь в том числе с помощью создания НКЛ, — к концу 2024-го члены консорциума должны создать вычислительные системы на различных квантовых платформах мощностью от 30 до 100 кубитов, выйти на регистрацию 40 международных патентов в год и др.
При этом Руслан Юнусов рассказал, что планируется подключить к деятельности консорциума индустриальных партнеров, крупные компании, которые будут потребителями этих технологий. Речь будет идти не менее чем о 25 крупных игроках. По его словам, подобные обсуждения ведутся с «Газпром нефтью», которая работает с большим количеством сейсмических данных для определения, где находится нефть, с РЖД и «Аэрофлотом» для решения логистических задач, создания «идеального расписания электричек или авиарейсов». С «Сибуром» обсуждаются проекты по применению квантовой химии — разработке новых материалов с новыми физическими свойствами. «Мы начинаем делать пилоты на маленьких прототипах технологии, не дожидаясь, когда будет завершен квантовый компьютер», — рассказал Юнусов.
Представитель РЖД воздержался от комментариев, представитель «Сибура» не стал подтверждать факт переговоров о совместных проектах с НКЛ. Представители «Газпром нефти» и «Аэрофлота» не ответили на вопросы РБК.
«Люди не будут покупать домой квантовый компьютер»
Какие позиции сейчас занимает Россия в области разработки квантового компьютера и когда он станет доступен обычным людям, рассказал Руслан Юнусов.
— С кем будут конкурировать российские квантовые решения?
— Россия не лидер в квантовых вычислениях. У нас есть какие-то наработки на уровне технологии в отдельных сегментах, но лидерами являются США и Китай. Мы не ставим задачу начать продавать квантовые компьютеры на мировом рынке в 2024 году, это было бы слишком шапкозакидательски. Наша задача — подготовить плацдарм на следующие годы. Для этого нужно уже сейчас начинать регистрировать патентный портфель. Этот процесс должен идти параллельно с разработками. Но нужно понимать, что какие-то страны не будут покупать подобные решения, даже если они по своим характеристикам будут превосходить мировые аналоги. Зато другие рынки будут открыты.
— В какие страны вы хотели бы экспортировать продукты, основанные на квантовых технологиях?
— Если говорить о квантовых вычислениях, то есть квантовом компьютере, то продавать его сам по себе будет сложно. Проще будет продавать платформу для квантовых вычислений. Это позволит программировать, удаленно используя мощности квантового компьютера. Заказчику не нужно будет иметь у себя физиков, понимать, как происходят отдельные процессы. Тогда нашей задачей будет найти тех, у кого есть потребность в подобных услугах, объяснить им, какие задачи можно решить, написать софт, обучить его использовать.
— Кого вы считаете основным потребителем квантовых технологий на российском рынке, власти, компании, граждан? Когда они выйдут на массовый рынок?
— Мы планируем до 2024 года запустить первые пилоты с теми компаниями, о которых я говорил. Государственные задачи тоже можно будет решать на квантовом компьютере, но хотелось бы, взяв государственные деньги, вовлечь индустрию, чтобы эффект в экономике был гораздо больше.
Обычные люди не будут покупать себе домой квантовый компьютер как минимум в течение ближайших десяти лет. Но в течение этого срока они могут начать пользоваться квантовыми вычислениями через облачный доступ.
— Каким будет объем российского рынка квантовых вычислений в ближайшей перспективе?
— Существующие оценки очень спекулятивны, значения одного и того же отчета могут меняться несколько раз в течение года. Кроме того, вопрос, как считать. Например, появились вычисления, которые позволят сделать новый тип аккумулятора, который будет в сто раз более емким, чем существующие. Благодаря этому люди смогут ездить без заправки неделю, месяц или даже год. Вычисления стоили, например, $1 млн, а продавать этот аккумулятор можно за $100 млрд. Какую из этих сумм правильно учитывать при оценке объема рынка — спорный вопрос. Многие эксперты ожидают, что запуск квантовых компьютеров приведет к изменениям, сопоставимым с запуском обычных компьютеров.
Начнем с того, что в последние годы необходимость в разработке и поставках на российский рынок процессоров отечественного производства была обусловлена не только соображениями экономического характера, но и политическими событиями: антироссийскими санкциями, ухудшением отношений с Западом, высоким риском информационных атак на компании и государственные учреждения. Поэтому отечественные технологии получили «новое дыхание» и поддержку со стороны правительства.
Недавно государственная корпорация «Ростех» представила на очередной специализированной выставке прототипы компьютеров, в которых установлен процессор «Эльбрус-1С+». На такие компьютеры устанавливаются российские операционные системы «Эльбрус Linux», «Нейтрино», «Астра Linux», «Альт», офисные пакеты «МойОфис» и LibreOffice, также разработанные отечественными программистами.
Важнейшие преимущества процессоров «Эльбрус» - неплохие технические характеристики. Так, к важным техническим особенностям компьютеров относятся источник бесперебойного питания, интегрированный в корпус, считыватель смарт-карт в клавиатуре, датчик вскрытия, интегрированные камера и динамики, дисплей высокого качества. Также к несомненным техническим преимуществам относятся высокий уровень защиты от утечки информации и кибератак, отсутствие «закладок».
Кроме того, несомненным преимуществом, особенно при использовании в стратегических корпорациях, для нужд государственной и военной службы, является отечественное происхождение этих процессоров. Оно позволяет не зависеть от иностранных поставок, спокойно работать даже в условиях санкций, что очень важно, учитывая мировую политическую обстановку. Потребность российских компаний и государственных ведомств в подобных процессорах оценивается в сотни тысяч единиц.
Новые процессоры нужны, в первую очередь, военным и правительственным структурам. Но главный фактор на мировом рынке компьютерных технологий – спрос со стороны рядового потребителя. В современном мире сейчас три безусловных лидера компьютерной промышленности, занимающихся процессорной архитектурой – это Intel x86, ARM и MIPS. При этом сферы поделены: ARM – это мобильные телефоны и планшеты, MIPS – промышленные компьютеры, Intel – персональные компьютеры и ноутбуки.
Среди российских процессоров на рынок персональных компьютеров могут претендовать лишь упомянутые «Эльбрусы», но их характеристики пока не позволяют им завоевать симпатии потребителя. И речь не столько о технических недостатках, сколько о том, что «Эльбрусы» предназначены скорее для нужд государственных структур и промышленности. Там, где нельзя использовать зарубежное программное обеспечение, там – «Эльбрусы».
Но на мировом и даже отечественном потребительском рынке российские компьютеры представлены на минимальном уровне. И это понятно – для массового потребителя вопросы информационной безопасности устройства занимают одно из последних мест в списке желаемых характеристик. Обывателю, покупающему себе ПК, защищенность от кибератак может быть интересна, но никогда не будет определяющим фактором, отставляющим на задний план удобство работы и, главное, стоимость компьютера.
Однако начало уже положено. Появление отечественных процессоров, по своим техническим данным не намного уступающих зарубежным, является безусловном достижением России. Хотелось бы верить, что не за горами то время, когда российские процессоры будут выпускаться и для массового потребителя.
Читайте также: