亚历山大·科罗塔耶夫关于新现实的量子效应
10.03.2021

无线电物理系院长,中心主任亚历山大·科罗塔耶夫讲到:“量子技术有望颠覆世界,但到目前为止,这一方向的发展还处于起步阶段。包括俄罗斯在内的许多国家都在争取在新领域的领导地位。托木斯克国立大学是俄罗斯建校最早的大学之一,在此基础上,量子技术中心得以出现。针对其前沿问题的解决方案,为何该中心的工作人员主要是年轻人,以及是否有可能比较量子计算机和超级计算机。”

俄罗斯及时回应

亚历山大·格里戈里耶维奇告诉我们开始发展量子技术的想法是如何出现的?托国立在这方面已经有一些基础吗?

托国立爱德华·加拉任斯基校长对此工作进行了解读,评估了该方向的前景,并认为大学里可以进行这一领域。虽然我们没有太多的科学基础,但我们拥有一套完全不同的能力,可以让我们“参与”这个件事。我们面临的第一个任务是组建一个可行的小组,使这些能力达到足以争取资助,从事量子技术设计等的水平。

可以说,托国立成为俄罗斯最早从事新技术研发的大学之一。莫斯科国立大学量子中心于2018年正式开放。托国立的量子研究中心于2019年底迈出了第一步。同时,喀山,圣彼得堡和我们的邻近的大学托木斯克国立控制系统与无线电电子大学也同样开始朝这个方向发展。所投入的资本都有了结果。

托国立的量子技术中心是独立开展这项工作还是有合作伙伴?

量子技术中心是在托国立创建的,但是我们与多个科学组织紧密合作。这些也是俄罗斯的量子中心,俄罗斯科学院西伯利亚分校的高电流电子学研究所,杜霍夫国家科学研究院是科研院分院激光物理研究所的伊尔库茨克分支机构及来自托木斯克和新西伯利亚的工业合作伙伴。

量子技术最近才开始发展。 这个领域的领头羊已经决定了吗?

确实,这是一个新的方向,已经有10年的历史了。至于领头羊,美国和中国正在争论。但是俄罗斯也声称自己是领导者之一,因为我们的国家设法及时应对了这一挑战。俄罗斯量子中心成立于2016年。俄罗斯科学家在这方面有自己的成就。

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量子至上

很多人听说过有关量子技术的信息,但很少有人想象它到底是什么,以及为什么这些技术能够改变世界?

量子技术所基于的法律与我们目前使用的技术完全不同。这使您可以打开现在看起来很棒的透视图。例如,借助量子技术,可以为通信和信息系统创建绝对保护。将不通过加密方法来确保安全性,而是在物理级别上确保安全性。在不破坏信息的情况下破解此类系统是不可能的。同时,根据量子物理学定律构建的系统将以超快的性能而著称。信息传输的速度将不会增加几倍,而与我们现在所拥有的相比将增加几个数量级。

量子技术的另一个例子是创建了超灵敏的传感器,可以检测一个分子水平的物质。但是,也许来自不同国家的科学家所要达到的主要目标是创建量子计算机。今天,世界上已经有大约10个规格,但是到目前为止,它们都处于研究模式。随着时间的发展,量子计算机将达到所需的性能,即所谓的量子优势,然后各种各样的行业中的许多问题将更快地解决数千倍。

使用领域可能非常不同于医学,药理学,新材料的创建,安全保证以及对环境过程的预测。同时,不应认为传统的数字计算机将退出市场。绝对不是这样!只是每种类型的计算机都有其自己的细分市场。也许未来的新一代数字计算机将基于光子学原理,而不是电子学原理,因为现代纳米电子技术的小型化的基本极限并不遥远。

您可以比较一台量子计算机比当今最快的超级计算机强大多少倍?

不可能,这些是不同的类别,不同的组织计算原理。这就像比较自行车和飞机两者都移动,但是基于不同的物理原理,它们的移动方式完全不同。

事实证明,量子技术是通往新技术的最短途径?

并不完全是,当涉及到新的技术订单时,情况有所不同。这主要是关于通用数字化,机器人化,信息化。但是,无论您制造什么超级技术,这都是什么样的数字化-如果来自网吧的青少年可以进入网络并入侵您的整个技术过程?在确保绝对保护信息网络之前,您将始终走在剃须刀的边缘。因此,毫无疑问,量子技术是数字革命的潜在基础之一。

谁愿意冒险?

亚历山大·格里戈里耶维奇, 量子技术工作小组有多少人,该小组里都有谁?

小组中大约有30人,其中大多数是年轻人,其中没有很多年长的科学家,大约有五到六人。开发人员的平均年龄略超过30岁,大多数是研究生,但团队中也有本科生。量子技术的发展是一项非常艰巨的任务,从某种意义上讲,有风险的年轻人更愿意承担这种责任。

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为什么您说这是一项冒险的任务?

量子物理学定律是科学中最困难的领域之一。无法保证您的研究会产生成功的结果。有可能不会花费金钱和时间来达到最初预期的效率。

现在团队在做什么?

例如,早些时候在托国立和俄罗斯科学院西伯利亚分校的高电流电子研究所,多年来,对金刚石光学中心的特性进行了研究,以制造出光电器件。然后他们意识到NV中心可用于创建量子计算机的物理基础以及量子通信系统的各个元素。现在,从稍微不同的角度进行研究,致力于解决的任务。同时,偶然发现了辐射在这些系统中先放大后发射激光的效果。这是世界各地科学家的工作,但是到目前为止,还没有人成功地制造出基于这种量子系统的激光器。出乎意料的是,我们成功了!现在将朝这个方向进行广泛的研究,包括在光学量子信息技术中使用这种钻石激光器。

我们已经开始研究并继续进行研究的另一个应用问题是接收设备的量子尺寸结构:单光子接收器,太阳能电池的光伏电池。存在大量的技术和科学问题,主要与这些结构的性质,其可重复性和其他参数有关。

现在,我们正在尝试解决量子定位问题,它比传统的定位系统具有优势。所有这一切仍处于开发和实验的水平。

有一些根本的科学问题需要解决,而有一些纯粹的工程问题,例如改善量子通信系统的特性,新的量子计算算法。我们正在做这件事。

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在“量子图”上可见

亚历山大·格里戈里耶维奇,如果我们谈论在所选方向已做的事情,您会注意什么?

当我们开始发展量子方向时,就获得了关于该主题的分配。在第十三届2020国际航空马达会议上,我们组织了一次有关量子技术领域培训的圆桌会议,出席的代表们包括托国立,托木斯克国立控制系统与无线电电子大学,托木斯克师范大学物理与数学学院物理与数学与自然科学教育中心,俄罗斯量子中心,《谷雷特》(КуРэйт),莫斯科国立大学杜霍夫全俄罗斯自动化科学研究所参加了此次会议。

教育轨迹正在相当成功地发展。教育轨道是根据终身学习的概念构建的,目前覆盖从学童到组织员工的受众。两年来,共有1000多名学生,170名学生和约60名大学和学院的员工通过了这一教育步伐。去年,我们为中小学生和学生开发了其他一般发展计划,以及量子技术的高级培训计划。

其中一项重要事件是为受COVID-19新冠大流行病影响的人们制定和实施一项培训计划,这是俄罗斯教育部和青年专业人员(俄罗斯世界技能联盟)联合项目的一部分。托国立的工作朝着不同的方向发展,但是它们都已经有了历史,但是有关量子技术的课程却是第一次完成。我们还积极参加了针对学童的职业指导活动,组织了几次公开讲座,并于2020年12月举行了量子技术黑客马拉松。

最后补充道,在2019年,托国立无线电物理系大学生克里斯提娜·和面科娃成为了第一位获得量子技术能力的《WorldSkills》俄罗斯冠军。2020年,我们在同一提名中获得了银奖。,托国立无线电物理系副院长尤利娅·马斯洛娃是俄罗斯量子技术领域首批获得《WorldSkills》认证的专家之一,托国立收到了《WorldSkills》的邀请,成为了有能力的联合创始人。在2021年,我被选为国家技术项目能力中心在莫斯科国立技术大学《МИСиС》量子技术的协调委员会的成员。这些因素,尽管间接地表明,托木斯克国立大学在俄罗斯的量子发展上正变得引人注目。