Квантовые компьютеры

YouTube player

Интервью с Валерием Рязановым, профессором Московского физико-технического института, сотрудником Российского квантового центра, заведующим лабораторией сверхпроводимости Института физики твердого тела РАН, и Олегом Астафьевым, профессором Лондонского университета Royal Holloway, заведующим лабораторией квантовых процессов МФТИ. Вопросы задавал Борис Штерн. Видеозапись интервью — youtube.com/watch?v=qmAfXJKgpVg.

— Откуда берется колоссальный выигрыш квантового компьютера по сравнению с традиционными?

В. Рязанов: Сейчас производительность классических компьютеров увеличивается за счет того, что делаются многоядерные процессоры и многопроцессорные системы. Задача распараллеливается, решается на разных процессорах и соединяется где-то в конце. За счет этого общая задача решается быстрее. В случае квантовых компьютеров возникает квантовый параллелизм. Он естественен, потому что стандартное квантовое состояние — это суперпозиция нескольких, скажем так, базисных состояний, поэтому параллелизм возникает автоматически. В этом и есть выигрыш.

— Давайте уточним. Я понимаю так: допустим, у нас есть 50 классических запоминающих ячеек. В них можно записать одно 50-разрядное число из 250. Далее, пусть у нас есть 50 квантовых систем. Каждая из них описывается амплитудой — то есть у нас есть 50 параметров, только уже не двоичных битов, а пар комплексных чисел. Правильно ли я понимаю, что при изменении состояния одной из систем меняются все — сразу вся комбинация?

В.Р.: Совершенно верно. Всю систему можно представить как вектор в гильбертовом пространстве. Если это N кубитов, то размерность такого пространства будет 2N, и квантовая эволюция системы — это вращение такого вектора, когда меняются все орты. И, конечно, повернуть квантовое преобразование просто, потеря возникает потому, что мы существа не квантовые, и результат надо считывать с помощью классических измерений. А считывается только одна z-компонента (стандартное обозначение выделенной оси, относительно которой производится измерение, например в простейшем случае — проекции спина электрона. — Прим. ред.). И если нет хорошего алгоритма, то, чтобы вывести все орты на z-компоненту, придется потратить столько же времени, сколько при классическом переборе. Но есть алгоритмы, которые помогают многие промежуточные операции убрать, — в этом и заключается искусство построения квантовых алгоритмов.

О. Астафьев: Мне хочется пояснить, откуда берется выигрыш перед традиционными компьютерами. Выше был приведен пример с 50 битами, куда можно записать одно из 250 разных чисел. А в квантовой системе мы можем записать все их сразу. И если мы выполним одну операцию, то проведем ее сразу над всеми этими числами, которых 250 ~ 1015. Это и есть квантовый параллелизм. В классическом случае вы будете делать операции над каждым из этих чисел по очереди, а в квантовом — сразу со всеми.

— У непосвященного человека сразу возникает вопрос: мы что-то изменили в системе, дернули за одну ниточку — и изменилось сразу всё — это же хаос, как в нем ориентироваться, как всё это потом распутать? Видимо, здесь мы подходим к разговору об алгоритмах?

О.А.: На выходе должно быть что-то простое. Например, промерить один бит или каждый по отдельности — это будет уже не суперпозиция, либо суперпозиция ограниченного числа кубитов.

В.Р.: Приведу пример: алгоритм Гровера — алгоритм поиска в базе данных. У нас есть два кубита, с которыми мы уже умеем работать. У них четыре состояния. Алгоритм Гровера позволяет найти при одном обращении к «оракулу» (сейчас я объясню, что это такое) правильную ячейку с вероятностью 50%. «Оракул» — это тот, кто спрятал. Вы его спрашиваете: «Эта ячейка?» — он отвечает: «Нет». В классическом случае это будет до N-1 шагов. А тут мы уже достигли результата, сразу получаем ответ с вероятностью 50%. И хаос при этом остался внутри.

— А данный алгоритм поможет решить задачи на оптимизацию? Например, у нас есть 50 узлов, через которые надо в каком-то порядке пройти из точки А в точку Б. И также появляется экспоненциально большое число вариантов. Могут ли квантовые компьютеры помочь быстрому решению подобных задач?

В.Р.: Да. Более того, есть два варианта квантовых компьютеров: во-первых, универсальные; во-вторых, аналоговые, или симуляторы. Если говорить об атомах и молекулах: мы можем, построив молекулу, получить те ответы, которые для этой молекулы нужны, но только для этой. А можно с помощью универсального квантового компьютера составлять разные алгоритмы и решать разные задачи, хотя этих алгоритмов не так много. Но это уже не молекула, а система из кубитов. Так же, как для цифрового логического алгоритма нужен полный набор операций «и», «или» и «нет», так и здесь: если у вас есть однокубитные или двухкубитные операции, то этого достаточно, чтобы из этих элементов получить алгоритм. Понятно, что кубитов должно быть много, чтобы получить квантовое решение быстрее, чем выполнить перебор на классическом компьютере.

О.А.: Я бы хотел добавить. Мы тут плавно подошли к еще одному направлению квантовых процессоров — к симуляторам. Совсем не обязательно это устройство должно быть цифровым. Оно изначально аналоговое. Одно из интересных направлений, которое, скорей всего, выстрелит даже раньше квантовых компьютеров, — это симуляция квантовых систем. Действительно, если у вас большая квантовая система, то просимулировать ее естественным образом вы можете другой квантовой системой, о которой вы всё знаете и которую полностью контролируете. Это обширное интересное направление, актуальное, например, для сложных молекул.

— Вернусь к вопросу об оптимизации. Я слышал, что есть квантовый алгоритм, который позволяет искать экстремумы функций от целочисленного аргумента радикально быстрее, чем на классическом компьютере.

В.Р.: Скорее всего, это то, что называется «квантовым отжигом». Допустим, есть плоскость с буграми и ямами, ваш алгоритм ведет вниз, но может застрять в локальной яме, тогда вы взбалтываете систему и перепрыгиваете в более глубокую яму и так далее. Квантовый отжиг эффективней, чем классический, поскольку вам не обязательно прыгать через бугры — система может туннелировать через них и таким образом ходить между этими ямами — так быстрее.

Кроме того, единственные коммерческие системы, которые сейчас доступны для продажи/покупки, — это квантовые симуляторы фирмы D-Wave, они постоянно увеличивают число кубитов, сейчас дошли до 2000 или даже больше. Но до сих пор не ясно, какая часть из их процессов классическая, а какая — квантовая. Ведутся споры, и просвещенная публика не верит в то, что там всё происходит согласно утверждениям производителя.

О.А.: Да, фирма D-Wave начала раньше всех, когда еще никто не задумывался о коммерческом применении. Они очень быстро наращивают кубиты, но это совсем другое направление — симуляторное. А квантовости там, по-видимому, нет, и многие сомневаются в эффективности такого способа. Кроме того, там можно застрять в локальном минимуме, далеко от глобального, самого нижнего. В этом проблема.

— Та же проблема и в классических алгоритмах на обычных компьютерах.

В.Р.: По-хорошему, надо остановиться где-то на 30 кубитах и совершенствовать системы, параллельно проверяя результат на суперкомпьютерах. 30 кубитов — предел, когда это проверяется. А когда лихие ребята ушли к двум тысячам, их никто не проверит. Удобное поле для спекуляций.

О.А.: Ладно, не будем их критиковать. Они, по крайней мере, развивают технологию. Что-то полезное из этого выйдет.

— Хорошо, давайте переключимся на технологию. Что такое кубиты физически, как вы их получаете? Из чего, на каком принципе?

О.А.: Физически кубит — это двухуровневая квантовая система. Самая естественная квантовая система — это атом. У него много уровней, но можно ограничиться двумя и считать, что, если он в нижнем состоянии, то это ноль, а в первом возбужденном — единица. Но это могут быть не только естественные атомы — таких объектов много. Это может быть спин, может быть искусственный объект типа квантовой точки. Для нас естественный объект — сверхпроводниковая квантовая система. Мы тоже можем спроектировать и получить такую систему, которая имеет квантовые уровни, ограничиться двумя нижними, назвать это кубитами, и потом собирать схемы из многих таких кубитов.

В.Р.: Может, чуть о физике стоит сказать? Есть несколько замечательных эффектов сверхпроводимости, здесь используются два из них. Первый — квантование магнитного потока в замкнутом сверхпроводящем кольце, второй — маленькие туннельные сверхпроводящие переходы, которые дадут нам квантовые флуктуации. Как связать эти две вещи?

На самом деле, суперпозициями потоковых сверхпроводящих кубитов, этими «шрёдингеровскими котами/кошками» оказываются направления экранирующего тока по такому колечку. Если вы наложили на колечко половину квантового магнитного потока, то возникает вырождение относительно того, добавить ли еще половину до единицы квантового потока или убрать половину до нуля, пустив ток в обратном направлении. При таком вырождении, если вы еще включили джозефсоновские переходы в колечко, возникает расщепление, и эти два уровня — 0 и 1, а их суперпозиция — суперпозиция двух направлений тока.

Принцип работы сверхпроводникового потокового кубита. На правой картинке приведено изображение реального потокового кубита (цвета добавлены). Синим цветом показана подложка из кремния. Фиолетовым цветом раскрашено кольцо из алюминиевой пленки с джозефсоновскими переходами
Принцип работы сверхпроводникового потокового кубита. На правой картинке приведено изображение реального потокового кубита (цвета добавлены). Синим цветом показана подложка из кремния. Фиолетовым цветом раскрашено кольцо из алюминиевой пленки с джозефсоновскими переходами

— Прошу прощения, для квантования магнитного потока достаточно сверхпроводящего колечка, зачем же нужны джозефсоновские переходы?

В.Р.: Чтобы расщепить вырождение, нам обязательно нужно квантовое туннелирование фазы. А джозефсоновские переходы как раз позволяют включить квантовое туннелирование. Джозефсоновский переход — это две обкладки, разделенные диэлектрическим барьером — маленький конденсаторик. Уменьшая размер этого конденсаторика, мы увеличиваем зарядовую энергию, которая есть q2/2C, где C — емкость. А в сверхпроводящей системе есть два выделенных элемента — заряд и фаза, связанная с магнитным потоком. Заряд и фаза являются двумя квантовомеханическими переменными, такими же, как координата и импульс для частицы. Таким образом, создавая кулоновскую блокаду, зажимая заряд, вы создаете квантовые флуктуации фазы и таким образом связываете два состояния, соответствующие двум направлениям тока.

О.А.: Вообще-то есть более простой пример, который будет понятен людям с техническим образованием. Квантуется, как было сказано в начале, не только поток, но еще и заряд. Заряд в случае сверхпроводника — это пара электронов — куперовская пара. Можно представить себе островок, на котором вначале был нулевой заряд, то есть количество электронов равно количеству протонов. И мы возьмем куперовскую пару и положим ее на этот островок — он зарядится, у него появится ненулевая энергия. Это самый простой пример квантовой системы — то есть заряд ноль либо один, если там появилась куперовская пара. Это два разных уровня. Можно сделать на этой основе кубит. Проблема только в одном: он и проще, и наглядней, но электрические шумы гораздо сильней. Поэтому физики сейчас движутся по несколько другому пути.

В.Р.: То есть у нас есть два предела, две квантовомеханически сопряженные величины: заряд и фаза. Можно работать в зарядовом пределе, о котором говорит Олег. Зарядовые кубиты были первыми. Олег в то время работал в Японии и принимал участие в реализации первых сверхпроводящих кубитов. И это были именно зарядовые кубиты. Потом оказалось, что, действительно, зарядовый шум очень большой. Для создания туннельного барьера нужно напылить оксид, и он очень неупорядоченный — флуктуирующие заряды всё портят. Поэтому надежней фазовый предел, о котором я рассказывал.

О.А.: На самом деле надо понимать, что оба эффекта важны для того, чтобы получить кубит, — они всегда присутствуют. То, о чем мы говорим, сводится к вопросу: какое квантовое число хорошее — поток или заряд? Для одних кубитов лучше поток, для других — заряд.

— Прошу прощения, такие простейшие схемы, как искусственный атом с двумя «ямками» — электрон справа, электрон слева, — они используются или нет?

В.Р.: Да, но они не работают ровно из-за тех квантовых шумов, о которых говорил Олег.

О.А.: Они работают. Это квантовые точки, они были продемонстрированы, но не получили распространения.

В.Р.: Я хочу добавить, что тут не всё так просто — колечко, джозефсоновский переход. Как я сказал, переход должен быть небольшим, то есть используется наноэлектронная технология. Для того, чтобы создать переходы существенно меньше микрона в поперечнике — 0,1–0,2 мкм, — используется электронная литография современного уровня. В этом нет ничего страшного, поскольку полупроводниковая электроника давно вышла на этот уровень. Но сложность в другом. Поскольку мы используем переходы на основе алюминия, то нужны температуры значительно ниже температуры жидкого гелия.

Более того, расщепление этих уровней, о которых мы говорим, если выражать их в частотах, находится в области 10 ГГц. Температура должна быть существенно ниже энергии перехода. И если перевести гигагерцы в градусы, то окажется, что температура должна быть ниже 10 мК. Только самые современные рефрижераторы растворения на смеси гелий-3 — гелий-4 годятся. Это дорогие серьезные редкие установки. В России их менее десяти штук в разных учреждениях, в том числе и в наших — в МФТИ, в Институте физики твердого тела в Московском государственном институте стали и сплавов, где расположена лаборатория, в которой за три года сделали начальный вклад в развитие сверхпроводящих кубитов в России.

Третья проблема: чтобы оперировать с такими частотами, нужно микроволновое оборудование. Олег лучше меня про это расскажет. Сейчас эта техника стала доступней и компактней, но всё равно, чтобы получить единичные кубиты, нужно потратить порядка миллиона долларов на всё про всё. А если нужно больше кубитов, то управление каждым из них выводится наружу, и количество оборудования просто пропорционально количеству кубитов. Сейчас думаем над тем, как это упростить, например обрабатывать информацию с помощью сверхпроводниковой цифровой электроники. Но пока, если даже посмотреть на самые лучшие работы, например «Гугла», где использовались 53 кубита, — это лес проводов, которые выходят из криостата. Всё получается достаточно сложно и дорого.

— Мы пропустили один важный момент. Вы рассказали, что такое кубит, теперь вопрос: как им управлять? Как задавать начальное состояние, как переключать и как считывать конечное состояние?

О.А.: Представьте себе двухуровневый атом. Самый простой способ им управлять — приложить излучение на резонансной частоте. Тогда вы можете переводить его в возбужденное состояние, потом вниз и так далее. Это оптика, оптические кубиты тоже существуют, мы считаем, что сверхпроводники — наиболее продвинутый вариант, но в оптическом диапазоне тоже достигнут серьезный прогресс. Теперь, если вы прикладываете не непрерывное излучение, а импульсы, то увидите, что вероятность состояния у вас будет осциллировать между нижним и возбужденным уровнями. Это так называемые Раби-осцилляции (названные по имени лауреата Нобелевской премии 1944 года Исидора Раби).

Если вы заранее промеряете, как ваша система откликается на импульс, то можете откалибровать импульс так, что он переведет систему из одного состояния в другое. Это так называемая операция not. Она эквивалентна классическому перевороту 0 в 1 и наоборот. В сверхпроводниковых системах, как было сказано, диапазон — гигагерцы. Это означает, что для доставки сигнала до нашей маленькой электронной цепи нужно использовать коаксиальные кабели. Причем кабель нужно завести в криостат, который находится в комнате, где комнатная температура, а сам образец расположить внизу в вакууме, где очень низкая температура, 10–20 мК. И доставляя по кабелю этот сигнал, мы должны избежать потока тепла, который будет по этому кабелю распространяться, — тут приходится прибегать ко многим хитростям и предосторожностям.

Если идти дальше, то с прикладной точки зрения один кубит не очень интересен. Мы должны иметь много кубитов, сделать из них цепь. При этом к каждому кубиту, размер которого порядка микрона, подвести свою управляющую линию и еще дать возможность этим кубитам обмениваться информацией между собой. И еще должны быть линии управления, которые включают и выключают связь между соседними кубитами. Получается очень много проводов, Валерий упомянул, что в установке «Гугла» огромное количество проводов. У нас сейчас три провода. Для 50 кубитов, если вы не используете никаких хитростей, будет 150 проводов, каждый — коаксиальный кабель.

В.Р.: Это управление. Теперь про считывание. Сейчас самое удобное и распространенное считывание — с помощью сверхпроводниковых резонаторов. Рядом с кубитом располагается резонатор, и кубит как система с индуктивностью смещает его резонансную частоту. Что замечательно, частота смещается по-разному в зависимости от состояния, в котором находится кубит. Считывая показания резонатора, определяем это состояние. Сначала вы делаете управляющий импульс, о котором говорит Олег, причем не только переворачивающий импульс с фазой π, можно давать импульс с другой фазой, например π /2, — так вы кладете ваше состояние «на бочок» и смотрите, как оно себя ведет в плоскости xy.

О.А.: Да, это та самая суперпозиция, про которую говорили. Если дать половину переворачивающего импульса, тогда у нас будет не |0> и не |1>, а суперпозиция |0> + |1>.

В.Р.: Важный вопрос, который в свое время ставил под сомнение саму возможность квантовых компьютеров, — времена когерентности. Да, мы можем выделить две степени свободы, о которых говорим, — заряд и фазу, но всё это находится среди огромного количества атомов, наводок от управляющих сигналов, инфракрасного излучения от проводов, которое путает карты, фоновых магнитных полей — их скачки также вызывают ошибки. Первые кубиты, над которыми трудился Олег и в то же время я с Алексеем Устиновым, имели времена когерентности порядка 10 нс. За такие времена трудно выполнить несколько квантовых операций и невозможно запустить алгоритм.

Пятикубитная установка. Размер колечек — 10 микрон. Этим объясняется нечеткость изображения
Пятикубитная установка. Размер колечек — 10 микрон. Этим объясняется нечеткость изображения

— Валерий, прошу прощения, какое характерное время выполнения операции для современных кубитов?

В.Р.: Я приводил пример, как мы на двух кубитах выполняли алгоритм Гровера. Там время двухкубитной операции составляло около 0,4 мкс, а время когерентности — около 10 мкс. Это уже кое-что.

О.А.: Я хочу добавить по временам. Исследователи пытаются сделать как можно более долгоживущие одиночные кубиты, но это не то, что кубиты в процессоре. В процессоре много проводов, много разных странных мод, и, конечно, там рекордных времен не достигается. Поэтому когда спрашивают: «Какое время когерентности кубита в процессоре?» — то это скорее вопрос о характеристиках процессора, а не кубита. Сейчас десятки микросекунд — это нормальное время именно для процессора. А для отдельных кубитов времена могут достигать сотен микросекунд или даже миллисекунд.

— О внешнем фоне. Гигагерцы — это диапазон сотовой связи. Не мешает ли это, легко ли это заэкранировать?

О.А.: Пока экранировка спасает, хотя в лаборатории лучше не иметь сильных источников, и если есть возможность, то лучше заэкранировать лабораторию целиком, это не повредит.

— Еще есть космические лучи, например.

О.А.: Да, кстати, когда физики вышли на большие времена жизни кубита, то стали подозревать, что космические лучи ограничивают время его жизни. Пролетает частица, возбуждает квазичастицы в сверхпроводниках, а квазичастицы — это плохо. Сейчас даже пытаются провести эксперимент — засунуть криостат растворения под землю, чтобы защититься от космических лучей, и посмотреть, как будет там.

— Какие перспективы у ваших исследований? Вы говорите, кубит сто́ит миллион, и зависимость цены от их количества — линейная. Какие у вас планы, до какого количества можно дотянуть в обозримое время?

В.Р.: Что значит, дотянуть? К сожалению, всё это оборудование — и криостаты, и СВЧ техника — делается за рубежом, и сейчас мы налетели на эмбарго.

О.А.: Да, планы разбивает реальная жизнь. У нас сейчас в лаборатории подготовлены специалисты, что очень важно, поскольку без них ничего не сделаешь. Но с оборудованием остается вопрос, где и как его брать.

— Узкое место — финансы, или что-то еще?

В.Р.: Если 3–4 года назад это были финансы, а возможность купить была, то сейчас есть деньги, но нет возможности купить.

О.А.: Я бы сказал так: для того, чтобы подойти к большому проекту, нужна подготовительная работа. Она частично была проделана, но не вся. Институты тоже должны помогать, чтобы создать некую базу. У меня была создана лаборатория в МФТИ в рамках программы Top-100, планировались еще площадки, но не всё из того, что мы планировали, получилось. Где-то ресурсов не дали, кто-то сказал, что это не получится, что квантовый компьютер работать не будет.

В.Р.: Теперь, наверное, можно поговорить о том, будет — не будет работать. Квантовый процессор — это реальность. Я говорил, что реализован алгоритм Гровера и другие алгоритмы, но всё это на единичных кубитах. Пока рекорд — 53 кубита «Гугла», и надо было еще придумать задачу, которую можно решить на 53 кубитах и показать превосходство над классическими компьютерами. Коллеги придумали довольно необычную задачу — изучали некоторые квантовые распределения, что вряд ли пригодится на практике. По их заявлению, то, что в этом случае было сделано за три минуты, потребовало бы много-много лет на классических компьютерах, но это очень специфическая задача. К сожалению, сделать универсальный квантовый компьютер, который решал бы полезные задачи, пока нельзя, потому что в обычных компьютерах есть всякие методы работы над ошибками — коррекция.

На самом деле алгоритмы коррекции придуманы и для квантовых компьютеров, но они очень громоздкие. На каждый логический кубит для коррекции нужно навесить еще десяток проверяющих кубитов. На данный момент это невозможно. Продолжается поиск более эффективных алгоритмов коррекции, но на самом деле магистральная дорога сейчас другая — не биться над универсальными компьютерами, а разрабатывать квантовые симуляторы для задач, где вероятностный характер ответа не является критическим. Думаю, если в перспективе нескольких лет произойдет что-то существенное, то это будут практически полезные симуляторы. Олег как раз работает над симулятором, может, он что-то добавит?

О.А.: Да, я уже говорил о том, что симуляторы — интересное направление. Можно смотреть на кубиты с разных точек зрения. Это нелинейный элемент, который, например, позволяет эффективно решать задачи машинного обучения. Я бы сказал, что квантовыми компьютерами заниматься надо несмотря на то, что они, скорее всего, не будут построены в ближайшее время.

Это нужно делать, так как, во-первых, это экспертное знание, нужно готовить кадры и научную базу для прорыва, который, как обычно, произойдет неизвестно где. Так часто и бывает — ученые вкладывают силы в какое-то направление, а потом оказывается, что польза совсем в другом, причем наработанная база не пропадает. Здесь может быть то же самое, и России нельзя отставать от других стран.

— Одно из направлений, где может быть достигнуто огромное превосходство квантовых компьютеров, — разложение больших чисел на простые множители. Это основа современной криптографии, и звучат опасения, что пропадет система шифрования, она будет легко ломаться. Очевидно, что эта задача требует достаточно высокого уровня квантовых компьютеров. Достижим ли такой уровень в обозримое время и нужно ли беспокоиться за криптографию?

В.Р.: На этот вопрос есть два ответа. Если речь о разложении на простые множители, то задача достижима. Есть алгоритм Шора, и я думаю, надо не так много кубитов, чтобы превзойти классические компьютеры. Но с развитием артиллерии развивается и броня. Говорят, что уже есть алгоритмы, которые не сводятся к разложению на простые множители.

— Что может в конце концов ограничить развитие квантовых компьютеров? Декогеренция?

О.А.: Она уже сейчас ограничивает. Эту проблему пытаются решить, и если решат, ограничений не будет. Квантовые компьютеры будут работать.

В.Р.: Нужны новые кубиты, логически защищенные, с большими временами когерентности. Надо работать над этим параллельно, а всякие разговоры, что у нас, дескать, 50 кубитов, а у вас — 15, должны прекратиться. Надо заниматься физикой, придумывать новые кубиты, схемы контроля ошибок. Мы пока в самом начале этого пути, и тут не должно быть никакого шапкозакидательства.

— Я согласен, это интересно само по себе, даже без всякой практической пользы. Причем часто приходится спорить с журналистами, спрашивающими, например, в чем практическая польза астрофизики. Я им отвечаю, что польза в развитии самой науки и нас с вами.

О.А.: Конечно, даже решая технологические задачи, мы лучше понимаем, как устроен мир.

В.Р.: Да, это же искусственный атом. Многие области оптики были ранее недостижимы на естественных атомах. Например, искусственные атомы гораздо сильней взаимодействуют с микроволнами, и Олег один из лидеров в этой области.

О.А.: Это мы опять уходим к началу разговора о том, что такое кубит, который можно назвать искусственным атомом. С одной стороны, он похож на обычный атом, с другой — сильно отличается. Это, вообще говоря, электронная цепь — мы ее можем спроектировать с заранее заданными свойствами и изучать на ней какую-нибудь интересную физику.

Главное отличие искусственных атомов в том, что их можно сильно связать с чем угодно — с другими атомами, с открытым пространством. Физическое понятие сильной связи означает, что два объекта могут обмениваться возбуждением без потери этой энергии, либо эффективно обмениваться энергией с внешним излучением.

Естественный атом слабо связан с внешним излучением. Наш же атом связан сильно. Мы можем создать микроволновую линию пропускания, поставить рядом наш объект, и он будет ловить, а потом испускать все фотоны. Это уже принципиальное отличие от обычных атомов. На таких системах можно проводить эксперименты по квантовой оптике, в том числе новые эксперименты на старых объектах. Например, можно сделать одноатомный лазер, что очень сложно в оптике — у меня лет пятнадцать назад была работа на эту тему.

В.Р.: Есть много работ по теоретической оптике, которые считались экспериментально непроверяемыми. А теперь это можно, к нам уже обращались оптики: сделайте квантовый эффект Казимира!

О.А.: Это также связано с развитием направления вычислительных устройств. Вся техника, наработанная там, может применяться для изучения фундаментальной физики. Мы на самом деле не инженеры, мы физики и нам интересна как раз физика — показать что-то новое, посмотреть, как работает та штука, которую спланировали заранее.

— У меня вопросы закончились, теперь давайте свободные выступления на тему «у кого что наболело».

О.А.: Мы уже немного сказали о наболевшем. В заключение хотелось бы сказать, что за то время, что мы работаем в России (примерно с 2015 года), нами получены значимые результаты, мы построили с нуля хорошие лаборатории в разных организациях, подготовили талантливую молодежь, которая очень активно и с энтузиазмом трудится. Ребята очень разносторонние, ведь чтобы работать в этой области, надо знать физику низких температур, квантовую механику, надо быть отличным программистом, знать микроволновую технику — всё это должно быть в одном человеке. Таких ребят сейчас довольно много в разных лабораториях.

Кроме того, мы построили экспериментальную базу, на основе которой можем вести дальнейшие довольно сложные работы. Другое дело, что мы недовольны этой экспериментальной базой, хотим расширяться и привлекать больше ресурсов — может быть, со временем всё это решим.

В.Р.: Еще буквально два слова. Пока мы создавали за эти годы основу для сверхпроводящих кубитов в России, образовался круг единомышленников и дружественных лабораторий. Но сейчас, когда мы выходим на более высокий уровень, возникает раздрай, причем не между учеными, а на уровне руководства. Хорошо бы нам сохранить вместе работоспособные коллективы без попыток кого-то выделить и дать преференции.

О.А.: Согласен с этим. Сейчас появилось много научной политики, которая бывает весьма странной. Нам надо сохранить коллективы, которые вырастили, — и это немаловажная задача.

— У вас прекрасный молодой коллектив, даже коллективы, что редкость в настоящий момент для нашей страны. Куда молодому человеку, окончившему школу и загоревшемуся энтузиазмом, надо идти, чтобы влиться в ваш коллектив?

В.Р.: В МФТИ. На кафедру квантовых материалов, структур и устройств. Мы там куем кадры для этих лабораторий.

О.А.: Да. Валерий возглавляет кафедру (сейчас она называется программой) по нашей тематике. В МФТИ действует моя лаборатория, в которой довольно большой молодой коллектив — около 30 человек. Там есть студенты разного уровня, аспиранты и недавно защитившиеся постдоки. То есть полный набор. Очень хорошие ребята, энтузиасты, отлично работают.

См. также:

Подписаться
Уведомление о
guest

0 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: