«Трудно найти лабораторию без наших учёных»: глава квантового центра — об успехах России в квантовых технологиях и ИИ

— Вам приходится обсуждать квантовую физику за пределами профессионального сообщества? Есть ощущение, что классическая картина мира как будто бы уходит и ей на смену приходит восприятие физики будущего, которая ещё недавно казалась непредставимой вообще?

— Да, у меня бывают обсуждения квантовой физики, необычных её феноменов за пределами профессионального сообщества, с широкой общественностью. И я вижу, что интерес растёт. Появляется больше научно-популярных лекций, материалов, подкастов, каких-то научно-популярных текстов. Десять лет назад квантовая запутанность, суперпозиция — это вызывало шок аудитории. Сейчас я бы сказал, что интерес смещается в сторону того, что может квантовая физика дать для дальнейшего развития мира, в том числе в технологическом аспекте.

— Как получается, что человек может использовать те явления, которые он не в состоянии представить, и как он может с ними работать?

— Меня это тоже глубоко поражает, потому что многое из того, что есть, даже если не брать сферу квантовой физики, интересные теоремы и их следствия в математике находят практическое применение в информационных технологиях, в естественных науках. Лев Ландау говорил, что, возможно, величайший триум человеческого гения — это способность понять вещи, которые мы не в силах вообразить. Вот поведение квантовых объектов мы всё ещё не в силах вообразить, но можем описывать математически то, как они устроены, и использовать для того, чтобы разрабатывать квантовые технологии.

Также по теме

Воин тока: какие изобретения Николы Теслы изменили мир

170 лет назад родился выдающийся сербский учёный Никола Тесла. Он разработал систему электроснабжения с использованием переменного...

— Что такое суперпозиция? Действительно, как будто бы можно себе представить, но как это использовать для вычислений?

— Во-первых, представить это невозможно. У нас есть интуитивная картинка, которая, может быть, соответствует нашему восприятию, но, к сожалению, она далека от реальности. Зачастую, говоря о суперпозиции, мы берём модель монетки, которая, помимо состояния «орёл — решка», может находиться в суперпозиции этих состояний — быть как бы одновременно в состоянии «орёл» или «решка». Но что рисует нам воображение? Что это монетка, которая настолько быстро крутится, что мы не можем зафиксировать её состояние? На самом деле это допустимая, но слегка обманчивая картинка, потому что если записать такой процесс быстрой смены состояния на видео, то всё равно в каждый момент времени мы обнаружим, что монетка была в каком-то одном из допустимых состояний. Квантовая же монетка действительно находится в суперпозиции, то есть одновременно в этих возможных состояниях.

Основа для наших компьютеров, для обработки информации — биты. Это состояние информации, когда мы записываем её в виде нулей и единиц. Так вот, в случае квантового компьютера основная информационная единица — это квантовый бит или кубит, который, помимо состояния 0 и 1, может находиться в состоянии их комбинации, которую мы называем суперпозицией. Сама по себе суперпозиция ещё не даёт возможность проводить эффективные вычисления с помощью квантового компьютера. Чтобы он был потенциально мощнее классического, нужно ещё одно загадочное явление, которое называется квантовая запутанность. Нам нужно сделать так, чтобы все кубиты представляли собой некоторую единую систему. Тогда мы можем потенциально решать недоступные для классического компьютера задачи.

• Квантовый компьютер
• globallookpress.com
• © Sven Hoppe

— Квантовый компьютер есть, уже работает?

— Квантовые компьютеры есть, они работают, в том числе в здании, где мы находимся. Некоторые тестовые задачи они могут решать значительно быстрее, чем привычные нам классические компьютеры — суперкомпьютеры. То есть то, что на классическом компьютере будет занимать сотни лет, может решаться за минуту на квантовом компьютере. Но, повторюсь, эти задачи тестовые. Это такие бенчмарки, которые показывают вообще принципиальную возможность с квантовым компьютером хоть что-то сделать быстрее, чем с классическим.

— Насколько точны эти вычисления и чего не хватает для повседневного применения?

— Для того, чтобы решать практические задачи, нам не хватает двух составляющих. Необходимо всё ещё увеличивать количество кубитов, при этом сохранять точность операций. Это сделать крайне сложно, потому что обычно, если мы наращиваем систему, количество элементов, контролировать их и осуществлять точно с ними операции становится всё сложнее. На самом деле этот феномен присущ очень разным системам: там тоже при увеличении количества трудно сохранять контроль. В случае квантовой физики это обусловлено ещё и хрупкостью каждого отдельного кубита, тем, что он взаимодействует с окружением. Поэтому, чтобы приблизиться к решению практических задач, нам нужно всё ещё увеличить количество кубитов и значительно повысить точность операций с ними. Тогда мы приблизимся к решению практических задач с помощью квантовых компьютеров.

• Создание чипов квантовых процессоров в НОЦ ФМН (ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» и МГТУ им. Н. Э. Баумана).
• РИА Новости
• © Владимир Песня

— Дальнейшее развитие квантового компьютера — это математическая задача или технологическая?

— Мне кажется, это суперпозиция. Поскольку нам сейчас приходится развивать и математику, то есть новые алгоритмы, и физику, потому что до конца непонятно, на какой физической платформе будет разработан самый мощный квантовый компьютер, или, может быть, каждая платформа будет специализирована под конкретную задачу. Работая с физическими платформами, мы всё ещё видим определённые вызовы. Это преодолимые барьеры, но путём интересных физических исследований. И, конечно, это инженерия, потому что в итоге должна быть технология масштабируемого квантового компьютера.

— Российские учёные на каком месте в этой гонке?

— Исторически идея квантовых компьютеров принадлежит советскому математику Юрию Манину. В его книге «Вычислимое и невычислимое» буквально между строк есть рассуждение про то, какой интересной является задача кодирования информации квантовой системы. Эта идея и легла в основу работы квантовых компьютеров. Параллельно это развивалось в США Ричардом Фейнманом, но он рассматривал квантовый компьютер как инструмент решения определённого класса задач, связанных с физическим моделированием.

Большой вклад в развитие и квантовых информационных технологий, и квантовой теории информации, и конкретных подходов к квантовым вычислениям был сделан благодаря российской, советской школе и теоретической экспериментальной физике. Мы часто говорим, что очень трудно найти ведущую в мире лабораторию по квантовым вычислениям без российских учёных.

Сейчас основной драйвер развития квантовых технологий и конкретно квантовых вычислений — дорожная карта. Это большая национальная программа, которую курирует госкорпорация «Росатом» в рамках соглашения с правительством. Это обеспечило действительно огромный рывок в развитии квантовых вычислений в России. Благодаря этому сейчас возникли квантовые компьютеры с десятками кубитов. Последние эксперименты проводили с системами из 70 кубитов. На них запускались квантовые алгоритмы, пока без преимущества перед классическими, но, тем не менее, эти компьютеры уже запускают осмысленные алгоритмические задачи. Если говорить про квантовую гонку, то на самом деле все положения достаточно относительны... Нельзя забывать, что квантовые вычисления — очень наукоёмкое направление. И может быть прорыв, который что-то изменит достаточно быстро и значительно. Поэтому я бы сказал, что, благодаря дорожной карте, мы действительно ворвались в группу лидирующих стран по развитию квантовых технологий. Есть США и Китай, которые, наверное, впереди всех в этом направлении за счёт больших инвестиций, привлечения огромного количества ресурсов. И нам очень важно не снижать темп движения в этом направлении.

• Сотрудник НОЦ ФМН (ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» и МГТУ им. Н. Э. Баумана) во время исследования образца методом сканирующей и электронной микроскопии.
• РИА Новости
• © Владимир Песня

— Квантовые исследования в будущем могут быть наднациональным проектом?

Также по теме

«Технология развивается очень быстро»: как ИИ меняет киноиндустрию

Бизнесмен Илон Маск заявил, что его нейросеть Grok Imagine в 2026 году создаст фильм по «Одиссее» Гомера, который будет ближе к...

— Пока это наличие и коллаборации, особенно если речь идёт о достаточно фундаментальной части, то есть о получении новых знаний о мире, каких-то фундаментальных исследованиях. Они имеют характер и межнациональных, есть сотрудничество между учёными, оно сохраняется. Но если речь идёт о технологическом развитии и о чём-то, что потенциально может лечь в основу работы или для какого-то инженерного решения, которое станет базой для масштабирования, то мы видим всё большую закрытость при реализации таких исследований. Этот тренд появился, когда активными инвесторами в квантовые технологии в мире стали коммерческие компании, особенно IT-корпорации.

Научное сообщество стало свидетелем нескольких случаев цензуры: было очень интересное наблюдение и научный результат, но его не публиковали именно потому, что компания, в которой работал тот сотрудник, не давала разрешения на публикацию. И это стало известно после того, как другая группа пришла к такому же результату, опубликовала это, и вскрылся этот кейс некоторой цензуры. Но это характерно для особенно крупных IT-корпораций мировых, потому что считается, что знание представляет высокую ценность — на его основании может потом возникнуть технология, интеллектуальная собственность, патенты и так далее.

Пока коллаборации помогают, позволяют двигаться вперёд. Момент локализации в какой-то момент, конечно, наступит, как это бывает со всеми критическими технологиями. Насколько сильной будет такая локализация, это вопрос, потому что мы знаем примеры других технологических направлений, которые развиваются в мировом контексте. Однако сегодня технология — это то, что определяет глобальную конкурентоспособность каждой страны.

• Беспилотный робот-курьер во время работы на территории технопарка «Сколково».
• РИА Новости
• © Валерий Мельников

— Какое практическое применение может получить квантовый компьютер?

— Есть два сценария. В консервативном мы видим три-четыре-пять направлений, в которых квантовый компьютер может быть практически полезен. Я вынесу за скобки его научную полезность, потому что она неоспорима: первые открытия уже реализуются. Если говорить о практических применениях, то это комбинаторная оптимизация, поиск наилучшего решения среди возможных. Второе — это моделирование сложных систем. Например, лекарств, новых материалов. Это задачи, связанные с машинным обучением, искусственным интеллектом. И известно, что квантовый компьютер может взламывать традиционные криптографические алгоритмы, что требует заблаговременного перехода всех информационных систем на квантовоустойчивое решение, так называемое квантовое распределение ключей, другая квантовая технология, или постквантовая криптография. Блокчейн, который сейчас используется, подвержен угрозам. Вот в этом сценарии, квантовый компьютер станет ускорителем для решения такого класса задач.

Мы ещё не знаем самого лучшего приложения квантовых компьютеров, чем на самом деле они могут быть нам полезны. Также ведь произошло с классическими компьютерами. Мы думали, что будем их использовать утилитарно для расчётов, а сейчас используем их каждый день для огромного количества приложений, о которых даже тридцать лет назад даже и не мечтали.

— Чем со стороны будет квантовый компьютер отличаться от того, что происходит сейчас под названием «искусственный интеллект»?

— Мне больше нравится «машинное обучение». Это некоторая парадигма работы вычислительной техники. То есть мы используем процессоры и можем лучше решать задачи путём постоянного дообогащения данными. Так же можно работать и с квантовыми компьютерами, делать то, что называется квантовым машинным обучением. Можно выстроить их работу так, что мы решаем задачу, постоянно обучаясь на тех данных, которыми мы обладаем. Это если говорить про более широкий контекст.

В этом смысле квантовый компьютер и искусственный интеллект любят противопоставлять, но на самом деле почвы для этого я не вижу. Скорее, квантовый компьютер может дополнить классический искусственный интеллект путём более эффективного решения каких-то математических задач.

Здесь много синергии, она в разных аспектах может выражаться, но я думаю, что есть гораздо больше возможности соединить эти технологии, чем их противопоставлять. Мне кажется, это довольно хорошо понимают крупные технологические компании, потому что, если посмотреть на профиль тех, кто инвестирует в искусственный интеллект и кванты, это зачастую одни и те же крупные компании.

— Сейчас искусственный интеллект — это прежде всего комбинаторика, то есть это обработка уже существующих данных. Искусственного интеллекта в том смысле, в котором он рисовался в «Терминаторе», пока вроде бы нет. Если это произойдёт, не наступит ли конец человечества?

Также по теме

Катание на скейте и сборка кубика Рубика: учёные оценили виртуальные эксперименты с мозгом мухи

В интернете завирусились видео, где виртуальную муху обучают кататься на скейте и играть в онлайн-игры. «Подопытной» стала цифровая...

— Любая достаточно прогрессивная технология может привести нас к рубежу того, что мы будем в полной неопределённости. Это случается с разными направлениями, и искусственный интеллект — это только одна из таких технологий. Вот, например, биотехнологии, редактирование генома, многие-многие технологии, которые ставят тоже под сомнение вопрос, а что есть человек, до каких пор он может быть отредактирован, починен, или могут быть какие-то органы и ткани напечатаны на 3D-принтере, чтобы он оставался при этом человеком? Где эта граница проходит? Поэтому в принципе появление сложных технологических решений ставит перед нами вот такие сложные философские вопросы. 

Я — технологический позитивист, сдержать развитие технологий, как и новых знаний, всё равно практически невозможно. Поэтому нужно экспериментировать и искать противовесы там, где мы видим какую-то потенциальную опасность, угрозу или необдуманное применение технологий. Я верю в баланс и позитив.

— Уже сейчас человек как бы делегирует процесс мышления ИИ. Не произойдёт такого разделения на тех, кто будет заниматься суперкомпьютерами, и тех, кто будет сидеть подключённым к стационарной машинке на столе?

— Здесь нет ничего нового. Когда я учился в школе, были ребята, которые использовали готовые домашние задания. И учитель спрашивал: «Как вы посчитали вот этот логарифм?» И ребята не могли объяснить, потому что они просто списали. С учётом расширения возможностей машинного обучения мы сейчас имеем такой квазиуниверсальный решебник для разных задач. Вбиваем задачку, он нам какой-то план выдаёт. Становится понятно, что одним из ключевых навыков человека становится критическое мышление. Если его развивать, то для нас машинное обучение или любые другие технологии будут помощником, а не решебником.

Ведь очень легко, если мы берём студента, а мы здесь преподаём в Российском квантовом центре, понять, «шарит» он или «не шарит». Задаёшь им три — четыре вопроса, и достаточно быстро понимаешь, разговариваешь ты с человеком, который курс посещал, что-то знает, или с тем, кто в лучшем случае с чатом GPT что-то обсуждал. Соответственно, человеческая коммуникация позволяет решить пока эту дилемму.

• Робот-экскурсовод — первый музейный андроид на Дальнем Востоке, в Приморской картинной галерее во Владивостоке
• РИА Новости
• © Виталий Аньков

— Где искусственный интеллект — это помощник? А где — замена собственному развитию? Есть этот баланс? Его можно вообще соблюсти? Или всё равно оказывается, что человек сдаёт, условно говоря, свои позиции искусственному интеллекту?

— Мы до сих пор с коллегами спорим, нужно ли использовать ИИ, чтобы писать научные статьи. Мне это кажется абсолютно бессмысленным, потому что вроде бы это же удовольствие — научную статью написать. Ты же достиг какого-то результата, ты же сам хочешь его изложить. Зачем тебе ИИ, чтобы эту задачу решить? Мне это просто непонятно чисто эстетически. Вроде бы, если ты пишешь научные статьи, чтобы их читали люди, то и писать их должны люди. Если говорить про личное использование, то оно зачастую сводится к самопроверке. Я надеюсь, это так и останется. Я бы очень не хотел делегировать своё мышление искусственному интеллекту.

— Не окажемся ли мы в обществе, где происходит некая имитация обучения, имитация мышления огромным количеством людей с помощью новых технологий?

— Мы с такими кризисами сталкивались уже — появление интернета. Было расхожее выражение: «Да у тебя всё из интернета скачано». Но как-то мы преодолели этот кризис, научились отличать, что взято из интернета, а что нет, спрашивать человека по этому реферату так, чтобы это быстро стало понятно. Так или иначе мы практически ко всем, даже очень продвинутым технологиям сможем адаптироваться, понять, какие задачи мы всё ещё решаем. То есть, надеюсь, мы не превратимся в беспомощных людей, которые могут только сформулировать очередной запрос к искусственному интеллекту.

Также по теме

«Необходима постоянная стимуляция»: эксперты — о загадках мозга, его возможностях и ясности ума

22 июля отмечается Всемирный день мозга. Эта дата напоминает нам о важности здоровья и роли мозга в организме. Учёные и врачи пока не...

— Таким образом, как будет выглядеть мир через 25 лет?

— Благодаря в том числе прогрессу в области машинного обучения и квантовых вычислений, наша картина мира станет гораздо более детальной. Потому что сегодня мы много сведений накопили. И на самом деле мы удивительно много смогли обнаружить и понять за последние 100 лет, даже без появления столь продвинутых технологий. Человечество сделало огромный шаг в познании мира. Я очень надеюсь, что через 25 лет мы совершим несколько технологических скачков, например, приблизимся к сильному искусственному интеллекту без того, чтобы потратить всю энергию, которая есть на Земле. То есть, придумаем какие-то более компактные с точки зрения реализации модели машинного обучения. Наверняка большой прорыв будет сделан в биотехнологиях, понимании того, как устроена живая материя. Я думаю, что к этому моменту будет работать и приносить пользу квантовый компьютер. Может быть, мы даже приблизимся и к термоядерному синтезу. Не исключаю, что 25 лет могут быть критическими для следующих новых рубежей науки и технологий.

— А как будет выглядеть траектория личного обучения человека? Сейчас студенты пытаются использовать искусственный интеллект вместо интернета и как будто бы подменять своё творчество вот этим. Как этот баланс будет соблюдён?

— Для учёного или для представителя творческих профессий сам процесс действий, познания, проведения расчётов представляет определённый интерес и доставляет удовольствие от того, что ты приходишь к ответам на поставленные вопросы. И, как мне кажется, человек будет ещё длительное время в научных исследованиях оставаться тем, кто будет ставить задачу для себя или для искусственного интеллекта. Он будет задавать вопрос «почему?» и некоторые векторы для исследований.

Думаю, снова повысится ценность персонального образования, чтобы научиться мыслить в постоянной коммуникации с другим человеком. Это будет наиболее элитарное образование в формате небольшой группы людей, где человек будет лично читать лекции и общаться.

— Недавно в этом смысле предложили вернуть устные экзамены в школе, дополнить ЕГЭ каким-то устным выступлением...

— Это прекрасная идея. Я, когда сам начинал преподавательскую карьеру, готовил задачи — задаю вопрос, студент пишет, потом мне показывает, мы что-то с ним обсуждаем. Потом я посмотрел, как мой коллега принимает экзамены. Он пишет список из 30 вопросов и быстро задаёт три — четыре из них. И тогда буквально за десять минут коммуникации с каждым студентом, даже по тому, как он начинает отвечать на вопрос, становится очень быстро понятно, насколько он в курсе разобрался и выделил главное. А ведь это одна из ключевых вещей в огромном объёме информации. И в этом смысле устное общение и персональная коммуникация мне кажутся очень важными.

Также по теме

Мозг уже всё посчитал: как работает интуиция и когда ей можно доверять

Интуицию часто называют «голосом сердца», но с точки зрения науки это прежде всего быстрая работа мозга. Он сопоставляет опыт, слабые...

— Если представлять себе постапокалиптическое будущее, какие в нём главные вызовы?

— Возможно, биотехнологии, потому у любой продвинутой технологии есть разные стороны. Безусловные преимущества, повышение качества жизни, скорости, эффективности и так далее. Но есть и оборотные стороны. Даже биотехнологии, если должным образом их не контролировать и не регулировать, тоже могут перейти из категории чего-то полезного в категорию опасного. Поэтому в случае любых других продвинутых технологий необходимо баланс соблюдать, это очень важно.

Наверное, одна из ключевых опасностей состоит в том, что развитие технологии может быть настолько быстрым, что мы не сможем в какой-то момент предсказать, к чему она может привести.

— Искусственный интеллект уже справляется с задачами тысячелетия вслед за учёными. То есть как будто бы он конкурирует с ними, уже готовится заменить их?

— Да, действительно, совсем недавно набор агентов вывел ответ на одну из задач тысячелетия. Это семь задач, которые были сформулированы институтом Клея. Одна из них, как известно, была решена нашим соотечественником Григорием Перельманом — гипотеза Пуанкаре была доказана и стала теоремой. И вторая задача, на решение которой претендует искусственный интеллект, это так называемое уравнение Навье — Стокса. Это достаточно специализированная математическая задача, но она имеет отношение к таким явлениям, как турбулентность, гидродинамика, аэродинамика. Дело в том, что само решение возникло на основе анализа множества научных публикаций и большого труда людей, которые посвятили этому десятилетия исследований. Конечно, по всей видимости, в этом была добавленная стоимость от саммаризации всей этой информации, от каких-то идей, гипотез, которые на основе этих данных проверялись, но тем не менее нельзя сказать, что решение принадлежит искусственному интеллекту. Эту пирамиду строили люди многие десятилетия, и вот здесь возникает этический вопрос: все ли эти данные были взяты корректно, процитированы, учтён ли вклад каждого учёного в решение этой задачи или нет?

Кроме того, чтобы говорить о решении, оно должно быть верифицировано. В случае Григория Перельмана две группы учёных, насколько я знаю, независимо работали над тем, чтобы верифицировать его доказательство. То же должно будет произойти в случае уравнения Навье — Стокса. Смог бы искусственный интеллект в одиночку справиться с решением этой задачи? Предположу, что нет. Какой-то скачок случился благодаря искусственному интеллекту, как следует из новости, но тем не менее мне кажется, что формирование человечеством базы знаний в этом направлении было определяющим.

• Разварка образца на плате перед проведением криоизмерений в НОЦ ФМН (ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» и МГТУ им. Н. Э. Баумана).
• РИА Новости
• © Владимир Песня

— То есть можно сказать, что человечество решило эту задачу при помощи искусственного интеллекта?

— Я бы так сформулировал пока, не наоборот.

— Вы много рассуждаете о том, что означает понятие «человек» на фоне развития технологий. Как нужно подходить сегодня к обсуждению этого вопроса?

— С гуманистических позиций. Надо человеку создавать условия для раскрытия всего того потенциала, который в нём есть. Потому что современный мир сложный, зачастую противоречивый, и развитие технологий имеет разные стороны. Но хотелось бы верить, что человек эпохи технологического развития будет стремиться к проявлению того, что мы ещё длительное время не сможем ожидать от искусственного интеллекта, — доброты, заботы о других людях. И вот эти человеческие качества, надеюсь, технологии нам позволят максимизировать.