О квантовом компьютере, научной фантастике, телепортации и популяризации науки
КОЛБА— уникальная национальная премия, посвященная достижениям женщин и специалистов в области науки и технологий. За три года нашего существования мы охватили более 800 кандидатур и отметили достижения более 150 выдающихся женщин-ученых. Подписаться на Телеграмм-канал
Алена Мастюкова – научный сотрудник группы «Квантовые информационные технологии»Российского квантового центра и лаборатории квантовых информационных технологий университета МИСиС, стипендиат Президента Российской Федерации для молодых ученых и аспирантов, секретарь научного комитета премии «Вызов», лауреат премии «Колба» 2024 года в номинации «Физика».
Алена, расскажите, почему кванты?
Меня всегда интересовали точные науки. Когда я пошла учиться в университет, тему квантовых технологий стали активно популяризировать. Мой научный руководитель по бакалаврской работе занимался квантовой телепортацией, и меня это заинтересовало. Я подумала, что хочу попробовать в этом разобраться, выбрала это направление и до сих пор этим занимаюсь. Кванты поражают, по сравнению с общей физикой, все кажется фантастикой.
У вас были стажировки и практики во время учебы в университете?
В университете всем помогают найти практику и стажировку, но каждый самостоятельно выбирает свою профессиональную стезю. С третьего курса университета я начала работать в Российском квантовом центре: сама нашла научного руководителя из списка, который нам дали на кафедре, и пошла знакомиться. По традиции после того, как я провела один семинар в квантовом центре, меня устроили на работу.
Насколько сложно попасть на работу в квантовый центр?
Хорошо провести семинар в квантовом центре – это задачка со звездочкой. Что такое научный семинар? Это когда вы сами берете специализированную научную статью из списка, ее разбираете, на семинаре докладываете и отвечаете на вопросы. Невозможно прочитать все научные исследования на свете, для этого и проводят семинары. Обычно в статье детально разбирается один человек и всем рассказывает. Поэтому это сложная и ответственная задача. Когда я училась в магистратуре, Российский квантовый центр совместно с МФТИ открыл кафедру, поэтому сейчас обычно поступают на эту кафедру, сдают экзамен и таким образом устраиваются на работу в центр.
Вы физик-теоретик или практик?
Я физик-теоретик, не экспериментатор. Практическим путем я поняла, что в теоретической физике мне проще: аналитическая, численная работа подходит мне больше, чем проведение экспериментов. Придумать что-то новое – это опыт, который накапливается годами работы в лаборатории. Я знаю достаточное количество людей, которых такая работа зажигает внутри, они действительно экспериментаторы, но у меня этой искры нет.
Чем вы занимаетесь?
В квантовом центре все работают над глобальной задачей – дорожной картой по квантовым вычислениям. Первая карта была до 2024 года, сейчас началась вторая, поэтому мы занимаемся построением масштабируемого квантового компьютера в России, на котором можно будет делать полезные алгоритмы. Наша группа реализует облачный доступ к квантовым процессорам (когда вы заходите на сайт через браузер и можете получить доступ к реальному квантовому устройству), которые делают наши друзья в лаборатории.
Более того, ведутся разработка и имплементация квантовых алгоритмов. Алгоритм – это определенная последовательность действий, которая позволяет нам решить задачу. В 1994 году был придуман алгоритм Шора, но сразу проверить его было нельзя, потому что он был для квантового компьютера. Сейчас, когда «железо» догоняет теорию, эти алгоритмы надо уметь делать на устройствах. Этим мы тоже занимаемся. Естественно, теория никогда не стоит на месте, немного опережая практику.
Говоря о «железе», есть мнение, что квантовый компьютер – это «огромная штуковина». Правда ли это и в чем принцип его работы?
Смотря с чем сравнивать, правильно? У квантового компьютера есть сверхпроводники, атомы, ионы, фотоны. По сути, это большой оптический стол, где стоят линзы и работают лазеры. По размерам он, как обеденный стол на семью из 6 человек, не что-то огромное.
Квантовые и классические устройства имеют разный принцип работы и хорошо решают определенные задачи. Квантовый компьютер может сделать то, что не может классический, но есть работа, с которойклассические компьютеры справляются отлично. Например, умные часы – это, по сути, классический компьютер, который отлично достигает поставленных целей. Зачем их делать квантовыми? Непонятно.
Классический компьютер хорошо выполняет линейные задачи, когда в математическом плане мы уходим в решение задачи в комплексно значимом пространстве, с этим хорошо справляются квантовые компьютеры. Какисследователи мы не понимаем, для каких конкретно задач квантовый компьютер может быть полезен, как и когда-то ученые не знали, для чего может быть полезен классический компьютер. Может быть, такое произойдет и с квантовым компьютером, и через 50-100 лет он будет лежать у каждого в кармане.
Какие задачи стоят перед Российским квантовым центром?
Построить масштабируемый (большой по количеству кубит) квантовый компьютер, чтобы решать на нем полезные задачи. Шумное устройство промежуточного масштаба было создано в рамках первой дорожной карты. Теперь нужно создать полноценное устройство без явных шумов и дефектов в расчетах. Над этой глобальной задачей работают во всем мире, не только в России.
Что мы увидим, если заглянем на десять лет вперед? Будет ли симбиоз квантового компьютера и искусственного интеллекта?
Маленькими шагами это уже происходит. Я думаю, что через десять лет симбиоз будет уже полноценным, и мы увидим, что с квантовыми устройствами тоже будут алгоритмы на основе нейронных сетей. Сложно сказать, что конкретно они будут решать, но мы видим, что даже с использованием классических устройств искусственный интеллект уже может многое. Нейросети и квантовые алгоритмы работают вместе достаточно хорошо. На эту тему активно проводятся исследования, и в нашей группе тоже есть такая работа.
Как вы считаете, наука вдохновляется фантастикой?
Да, так и есть. Прослеживается, что люди, которые любят фантастические фильмы и литературу, загораются этим и идут в науку профессионально учиться и работать. Произведения фантастов обычно основаны на новой физике, если так можно сказать, которой на момент написания не было. Но мы сейчас видим, что все, что когда-то описывали, начинает появляться. Это вдохновляет приходить науку, чтобы придумать что-то новое, что-то свое, прикоснуться к созданию фантастического устройства, будь то квантовый компьютер или что-то еще.
Мы начали разговор о телепортации. Квантовая телепортация возможна?
Существует протокол квантовой телепортации, когда телепортируют квантовое состояние, и он уже был осуществлен. Мы можем телепортировать квантовое состояние на достаточно большое расстояние. Однако это не значит, что мы можем из одной точки в другую телепортировать материю, это пока что из роли фантастики. Главная проблема в том, что что-то материальное придется расщепить на самые мельчайшие частицы и собрать в другом месте. Как это сделать без потерь?
Если есть вопрос, значит ответ на него когда-нибудь точно найдется. Посоветуйте, что почитать про физику для любителей и только начинающих ученых, которые хотят связать свою жизнь с этой сферой?
Я в свое время начинала читать «Краткую историю времени» Стивена Хокинга, советую ее почитать. Рекомендую книгу «Физика невозможного» Митио Каку. Чтобы почитать о том, как живут ученые-физики, есть знаменитая книга Ричарда Фейнмана «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман». Еще Дэвид Дойч «Структура реальности». Все эти книги по физике без сложных формул и объяснений, они больше про жизнь и историю физики.
Вы секретарь научного комитета премии «Вызов». Как вы считаете, популяризация – важный элемент развития науки?
Я считаю, что популяризация науки – это важный элемент в жизни любого ученого. Понятно, что подготовка качественных материалов занимает достаточно много времени, но нужно стараться при любом удобном случае заинтересовывать людей в своей работе, особенно младшее поколение.
Премия и фонд «Вызов» популяризируют науку достаточно активно. От лауреатов премии проходила серия лекций, где они на достаточно широкую аудиторию рассказывали, чем конкретно занимаются, за что они получили награду, зачем это нужно и как это может пригодиться в жизни. Вот такая популяризация играет ключевую роль, потому что есть много вещей, которыми мы пользуемся каждый день и не задумываемся о том, что 10-20 лет назад это придумали ученые в лаборатории. Кроме этого, необходимо, чтобы младшие поколения загорались наукой и приходили работать в эту область, потому что это не только увлекательно и интересно, но и значимо для развития всего человечества.
