Надо беречь чудаков: разработчик квантового компьютера Илья Семериков — о том, для чего нужны странные идеи
Мы продолжаем нашу рубрику «Простые вопросы», в которой спрашиваем профессионалов о том, чего точно не знаем сами. Что появилось раньше: идея или материя? Для чего нужен адронный коллайдер и почему все точки зрения могут существовать одновременно? Ответы на все эти вопросы знает один из самых перспективных молодых ученых России, разработчик квантового компьютера Илья Семериков.
Квантовый компьютер Ильи Семерикова занимает в одной из лабораторий ФИАН почти полкомнаты. Есть какая-то ирония в том, что устройству, работающему с самыми маленькими частицами, необходим такой громадный корпус. При этом «сердце» агрегата, — квантовые ловушки, в которых кодируются ионы, — небольшие. Остальной «скелет» нужен для обслуживания этих ловушек. Пока компьютер напоминает часы из «Ералаша», к которым прилагались два чемодана с батарейками. К слову, снималась эта серия в 1991 году — за год до рождения Ильи. Молодому ученому всего 30 лет! На днях он вошел в список Forbes «30 до 30» за большие заслуги перед отраслью и страной. Мы обсудили с Ильей квантовые кубиты, карьерные кульбиты и прочие метафоры нашей жизни.
— Илья, для чего нужен квантовый компьютер?
— На сегодняшний день квантовый компьютер гораздо хуже обычного. Современный квантовый компьютер не умеет делать почти ничего полезного. Пока эта разработка относится не к практической, а к научной области. Но потенциально квантовый компьютер может решать некоторые задачи, не подвластные обычному компьютеру. Например, факторизация — разложение числа на простые множители. Так, 525 раскладывается на 5*5*3*7. Задача факторизации — приведение объекта к «основным строительным блокам». На классическом компьютере разложить на множители достаточно большое число фактически невозможно — потребуется очень долго считать. За время таких расчетов потухнет Солнце. А квантовый компьютер сможет такие вычисления провести за несколько минут. Но чтобы такие задачи решать, нам нужно не два кубита (кубит — наименьшая единица информации в квантовом компьютере, по аналогии с битом. — «ВМ») и даже не десять, а сотни, а лучше тысячи кубит.
Квантовые компьютеры во всем мире сегодня работают по факту с единицами. Для того чтобы от десятков кубит перейти к тысячам, нужны новые физические решения, фундаментальная наука, исследования. При этом важно не только число кубит, но и их качество, так как все операции над кубитами должны быть очень точными, чтобы получать правильные результаты.
— Считается, что разработка квантовых компьютеров приблизит появление суперискусственного интеллекта. Когда нам ждать умных роботов?
— Есть исследования, согласно которым квантовые компьютеры могут превосходить классические в области искусственного интеллекта. Но чтобы они были полезными, нужно не десять кубит, а хотя бы сто. Здесь требования пониже, чем к разложению чисел на множители, но все равно это очень много. Я не сторонник идеи, что результаты будут скоро. Завтра ничего не произойдет, если, конечно, кто-то из-под полы не достанет прорывную идею.
Я так пессимистичен потому, что стою ежедневно за этими ручками, собираю болтики и винтики и понимаю всю сложность, кропотливость экспериментов в области квантовых вычислений. По оптимистической оценке, чтобы сделать что-то действительно полезное для прикладных задач, надо еще десять лет. Один шаг в экспериментах по квантовому компьютингу, если все делать быстро без ограничений финансов и сотрудников, занимает от трех до пяти лет. Кроме того, нужны новые идеи. И предсказать скорость генерации новых идей не может никто.
Это момент творчества. Чем больше людей занимается одной идеей, тем больше вероятность, что кто-то догадается, как и что нужно сделать. Да, у нас есть свои идеи для исследований. Но от трех до пяти лет обычно проходит от идеи до ее реализации. В ведущих лабораториях мира это происходит быстрее — у них попроще с оборудованием и кадрами, но тем не менее это не шаги в масштабах недели.
— Санкции влияют на разработки в области квантовых компьютеров?
— Сильно влияют. Больше 90 процентов оборудования поставлялось к нам из Германии, США и Японии. Эти страны ввели санкции. Я с большим скептицизмом отношусь к идее импортозамещения в области высоких технологий. К примеру, нам нужны точные лазеры для квантового компьютера. Заказать теперь не сможем. Где их взять? Да, мы можем заняться разработками этих лазеров, но кто тогда будет заниматься квантовым компьютером? Количество кадров в любой отрасли ограничено.
Для того чтобы воспитать нового сотрудника в таких наукоемких областях, потребуется от трех до пяти лет. И это сильно осложняет жизнь. Да, еще до последних массированных санкций мы закупили новый комплект оборудования, с которым можем свои идеи доделать. Но этих резервов нам хватит на год–два. Невозможно построить суверенную науку. Для примера, над обычным смартфоном трудятся люди из десятков стран. В Конго добывают кобальт, который едет в Китай. Там его чистят, потом этот кобальт используется в литиевых батареях, которые стоят в телефоне. Чипы изготавливают на Тайване, а машины для литографии — в Голландии, оптика для них — в США. Все страны вплетены в большую международную кооперацию. Ни одна страна не может все делать сама.
— Для чего нужен адронный коллайдер?
— В коллайдере исследуют мелкие структуры. Так, существует обратная зависимость энергии и масштабов расстояния: чем с большей энергией летит частица, тем в более маленькие кусочки материи можно заглянуть.
Надо понимать, что развитие человечества — это не только технологии и вещи, которые приносят пользу. Когда Кеплер в XVII веке изучал движение планет и звезд, он не задумывался, как это будет использоваться потом. Но после него пришел Ньютон, который обобщил знания и сформулировал свои законы. На основе этих законов работает большая часть механических устройств. Но это не значит, что все знания человечества конвертируются в технологию. Некоторые вещи существуют просто для понимания того, как устроен мир.
Адронный коллайдер — важная вещь, которую нужно двигать вперед. Зачем? Потому что мы люди. А люди отличаются от животных любознательностью. Мы можем генерировать абстрактное знание. Польза от коллайдера такая же, как от музыки. Это искусство, позволяющее увидеть красоту мира. Хотелось бы, чтобы это было шире распространено, чтобы люди могли наблюдать за этой красотой. Я думаю, что нужно искать какие-то формы донесения этой информации до большого количества людей.
— А есть ли матрица, как в фильмах Вачовски?
— Мне кажется, что матрицы в таком виде, как в фильме, нет, но есть гораздо более интересная структура. Жизнь увлекательнее любого фильма. Мы внутри себя создаем свою матрицу, в которой живем. Есть такое понятие, как эхо-камера*. Мы черпаем информацию из тех источников, которые для нас близки. А те вещи, которые для нас далеки, стараемся игнорировать. Мы выбираем такой мир, в котором нам комфортно. Он похож на ленту соцсети, настроенную под нас. Мы выстраиваем свой информационный пузырь, который часто не совпадает с тем, что реально происходит. Как я воспринимаю матрицу?
Да, есть объективная реальность, но мы живем внутри своей комфортной картины мира и не смотрим по сторонам. Выходит, мы живем в матрице, но выбираться из нее не хотим. И когда разные миры сталкиваются, происходят порой чудовищные вещи. Когда люди из одной эхо-камеры начинают общаться с людьми из другой эхокамеры, то кажется, что и те и другие глухие и слепые.
— Откуда взялась ошибка 404?
— Я не знаю, видимо, была какая-то нумерация этих ошибок. Можно открыть «Википедию» и ознакомиться. Это, кстати, вещь, которую я рекомендую всем. Нужно искать ответы на вопросы в источниках, да и себе эти вопросы почаще задавать. Ученый отличается от не ученого тем, что задает себе вопросы. Бывает, что люди вкладывают что-то свое в такие вещи, например, в какую-то шутку, но здесь, мне кажется, никакого подтекста нет.
— Что первично: идея или материя?
— Мне кажется, что эти вещи неразрывные. Что такое идея или мысль? Когда мы думаем, то в мозгу происходят электрохимические реакции, текут токи. Ток создает слабенькое магнитное поле. Магнитное поле имеет энергию. Энергия имеет массу. Магнитное поле, создающееся при мышлении, имеет массу. А значит, оно уже является материей. Ведь что такое материя? То, что имеет массу. Мысль имеет массу на физическом уровне. Мысль материальна.
Другой пример. Что появилось сначала: атом или идея об атоме? Было во Вселенной время, когда атомов не было. А потом появился первый атом, и в тот же момент появилась идея об атоме. Все эти вещи неразрывные и их описание зависит от точки зрения. Ребята из лагерей идеалистов и материалистов существовали в своих эхо-камерах, а на самом деле этого разделения нет.
— Один из популяризаторов науки сравнил наш мир со сверхпроводником, в котором мы все живем. Это правда?
— Метафоры об устройстве мира могут быть очень разными. Это тоже история про точку зрения. Про эту метафору я раньше не слышал. Наверное, есть люди, которые смотрят на наш мир так. С метафорами вообще нужно быть предельно аккуратными. Так, в физике для любой теории есть границы применимости. Например, если скорости, с которыми мы работаем, меньше скорости света, то тут применима классическая механика.
А если скорость приближается к скорости света, то нужна теория относительности. Для работы с большими объектами необходима классическая механика, а с маленькими — квантовая механика. У всего есть свои границы применимости, в том числе у метафор. И здесь, с одной стороны, нужно стараться не выходить за эту границу, а с другой — смотреть на задачу под разными углами.
Есть принцип «бритвы Оккамы» в философии, гласящий, что не нужно плодить сущности там, где их нет. Но если бы бритву Оккамы применяли без разбора, то большая часть физических теорий была бы обрезана. Ведь многие из них сначала выглядят бредом. Надо беречь еретиков, но не принимать их идеи как что-то, не подвергающееся сомнению. Есть люди, которые верят в плоскую Землю. Это не лишено смысла, ведь во многих бытовых ситуациях Земля действительно кажется плоской. Но если посмотреть на этот вопрос не со стороны человека, который ходит по лесу, а подключить спутниковую навигацию, то увидим несостоятельность этой идеи.
Нужно аккуратно относиться к человеческой мысли — с одной стороны с нежностью, а с другой — с критикой. Если кто-то утверждает, что Земля плоская — не нужно сразу заявлять ему, что он идиот. Надо попробовать разобраться — что человек имеет в виду.
— Часто ли нашим ученым-физикам предлагают переехать за рубеж?
— Вопрос в том, что такое «предлагают». Никто не придет к тебе и не скажет: «приходи к нам работать». Скорее, наоборот: надо себя предложить, а уже после этого начинается дискуссия. Это вопрос эстетического восприятия: чего мы хотим от жизни. Люди и раньше уезжали в Америку не потому, что им хотелось оказаться на другом конце света. Они уезжали на конкретные позиции, имеющие перспективы для них. Лично для меня важно иметь возможность делать то, что мне интересно. Квантовые компьютеры для меня интересны. Если у меня будет возможность здесь заниматься ими, то я с радостью продолжу это делать, а если нет — буду думать, что делать дальше.
Может, что-то окажется интереснее. Сейчас я стал задумываться над вопросами образования. К примеру, как построить такое образование, чтобы люди могли заниматься тем, чем интересно, и понимать, что им интересно. Для меня создать такую систему образования — вещь не менее интересная, чем квантовые компьютеры.
* Эхо-камера — понятие в теории СМИ, представляющее собой ситуацию, в которой определенные идеи усиливаются или подкрепляются путем передачи сообщения или его повторением внутри закрытой системы: партии или круга единомышленников. При этом подобные сообщения заглушают другие аналогичные информационные потоки. Так, любые высказывания приводят не к дискуссиям, а к поддакиванию и поддержке единомышленников. Адресаты, находящиеся в такой «закрытой» системе, создают сообщения, слушают себя и соглашаются сами с собой. В эту закрытую систему не попадает никакая альтернативная информация
ДОСЬЕ
Илья Семериков — высококвалифицированный научный сотрудник Лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. Он окончил кафедру проблем физики и астрофизики МФТИ в 2015 году. Поступил в аспирантуру ФИАН. В 2015 году Илья Семериков присоединился к группе Колачевского «Прецизионные квантовые измерения» в Российском квантовом центре.
Все проекты Семерикова в Российском квантовом центре связаны с ультрахолодными ионами, На основании этих исследований ученые разработали универсальный ионный квантовый компьютер. Семериков стал его ведущим разработчиком в 2020 году, и уже в 2021 году группа ученых продемонстрировала первый в России универсальный четырехкубитный ионный квантовый компьютер с использованием куквартов.
СПРАВКА
Квантовый ĸомпьютер — это вычислительное устройство, использующее для решения задач ĸвантовые явления: ĸвантовую суперпозицию и ĸвантовую запутанность. Технологии, созданные на основе ĸвантовых вычислений, могут многоĸратно превосходить ĸлассичесĸие ĸомпьютеры при решении целого ряда задач, например, из области ĸриптоанализа и моделирования сложных систем.
В 2020 году в России была разработана и принята дорожная ĸарта развития сĸвозной цифровой технологии «ĸвантовые вычисления». Одним из ĸлючевых вопросов при разработĸе ĸвантовых компьютеров является выбор физичесĸой системы, с помощью ĸоторой будут реализованы ĸубиты — ĸвантовые аналоги ĸлассичесĸих битов информации.