Облако надежд: с какими проектами связывают будущее квантовой индустрии в России

В августе завершился первый цикл акселерационной программы «Квантовые вычисления», организованной «Иннохабом» «Росатома». По итогам многоступенчатого отбора проекты трех из 52 научных групп и бизнес-команд вошли в одноименную дорожную карту. Знакомимся с первым победителем.

Кванты для всех

Объединенная группа исследователей «МИРЭА — ​Российский технологический университет» и Института электронных управляющих машин им. Брука (ИНЭУМ) стала лучшей в номинации «Исключительный подход к работе».

В проекте «Платформа для реализации квантовых вычислений» ученые поставили себе задачу разработать инструмент интеграции имеющихся в России (а в потенциале и за ее пределами) технологий. «Это облачная платформа, которая обеспечит доступ к квантовым вычислениям всем желающим: частным лицам, научным институтам, университетам и другим образовательным организациям, бизнесу, госструктурам, коллективам исследователей. То есть воспользоваться комплексом ее возможностей смогут и разработчики, и конечные пользователи», — ​поясняет директор Института информационных технологий МИРЭА Андрей Зуев.

Удаленный доступ предполагается дать к квантовым вычислителям и их эмуляторам (классическим компьютерам, которые воспроизводят подход к квантовым вычислениям). «У ИНЭУМа значительный опыт разработки квантовых алгоритмов и квантовых эмуляторов на разных аппаратных платформах, в том числе процессоре «Эльбрус», со специфической архитектурой и хорошо приспособленных к математическим расчетам. Это позволяет создавать эффективные эмуляции квантовых компьютеров, — ​рассказывает Андрей Зуев. — ​Мы имеем доступ к передовому отечественному железу и множество реализованных на нем прикладных разработок. Благодаря контактам с большим числом высококвалифицированных разработчиков и архитекторов программного обеспечения мы можем сделать фронтенд, с которым будут работать пользователи платформы, и бэкенд — ​серверную часть, на которой будет база учебных материалов, алгоритмов, учетных записей пользователей, тарифных планов доступа, система управления очередью выполнения вычислительных задач и т. д. Платформа будет распределять задачи пользователей по квантовым компьютерам и эмуляторам в любой точке страны и мира. Фактически получается, что «Росатом» становится основным координатором развития технологий в России и поставщиком услуг квантовых вычислений с доступом к самым современным квантовым алгоритмам и вычислительным мощностям».

Первый этап

К защите в акселераторе у группы было готово программное ядро (эмулятор квантового компьютера) и набор алгоритмов для вычислений. Следующий этап — ​создание пользовательского интерфейса и серверной части. «Отдельные элементы платформы уже существуют. У кого‑то есть программа, которая моделирует квантовые алгоритмы, у кого‑то — ​вычислители, подходы к управлению очередями выполнения вычислительных задач и стеки технологий для сайтов, работающих с большим объемом данных. Но единой системы реализации квантовых вычислений, которая могла бы приносить практическую пользу, в России еще нет. А потребность в ней, как мы выяснили в ходе акселерации в «Иннохабе», есть, причем большая», — ​говорит заместитель руководителя управления, главный научный сотрудник ИНЭУМа Никита Бочаров.

Теперь команда составляет техзадание и совместно с заказчиком и потенциальными пользователями определяет облик сервиса. ИНЭУМ будет развивать вычислительное ядро платформы, добавляя алгоритмы, увеличивая количество моделируемых кубитов и совершенствуя процесс конвертации данных с одного квантового языка на другой.

Лингвистические трудности

Доступ к прототипам квантовых вычислителей среди прочего осложняет отсутствие общепринятого высокоуровневого языка квантового программирования. «Сейчас каждый разработчик создает собственный язык, свой стандарт программирования, который близок к его железу. Аналогичного классическим языкам программирования вроде С++, Python и прочих в квантовом мире пока нет, — ​рассказывает Никита Бочаров. — ​Так будет продолжаться, пока не появится массовый продукт, на который будут вынуждены равняться все. Мы не знаем, какая аппаратная платформа выстрелит, это предмет большой научной дискуссии. В нашем эмуляторе квантовых языков уже шесть, и программы между ними можно конвертировать. Если у заказчика будет потребность использовать новый, неизвестный нам язык, мы и это сможем сделать».

Пользователь напишет вычислительную задачу на том языке, который ему удобен, а программа переведет ее на язык, подходящий конкретному квантовому вычислителю или эмулятору. «Сейчас можно конвертировать, скажем, файл .doc в .pdf прямо в браузере. Так и наша платформа, помимо всего прочего, будет выступать в роли переводчика квантовых языков», — ​добавляет Андрей Зуев.

Вычислительные мощности

Открытым остается вопрос, какие квантовые компьютеры и эмуляторы будут подключены к платформе. «Акселерационная программа «Иннохаба» помогла нам наладить контакты с заинтересованными представителями отрасли, экспертами, потенциальными потребителями, заказчиками из бизнеса, разработчиками квантовых алгоритмов и владельцами квантовых вычислителей, — ​говорит Андрей Зуев. — ​Владельцы квантовых машин и эмуляторов о нашей платформе теперь знают и при желании подключат к ней свои вычислительные устройства».

Никита Бочаров дополняет: «Иннохаб» предоставил список оборудования, доступ к которому мы сможем получить. В нем есть квантовые компьютеры, которые принадлежат компаниям и дивизионам «Росатома». Так что их использование как минимум предполагается».

В распоряжении МИРЭА несколько отечественных машин-эмуляторов и трехкубитный квантовый компьютер китайского производителя SpinQ Technology. Сейчас эта компания выводит на рынок 20‑кубитные квантовые компьютеры.

Для решения задачи квантовых вычислений в России создается консорциум организаций, в который вой­дут и институты РАН, и предприятия «Росатома», и университеты, и частные компании. Так что нехватки вычислительных мощностей создатели квантового агрегатора в ближайшие годы не опасаются.

Справка

Акселератор «Квантовые вычисления» — ​совместный проект «Иннохаба» «Росатома» и СП «Квант», нацеленный на поиск и внедрение новых решений и технологий в области квантовых вычислений, а также на поддержку стартапов в этой сфере.