Российские квантовые компьютеры: достижения и вызовы

20 сентября 2026 г. в 14:30👁️ 0💬 0

Отечественные квантовые компьютеры: текущие возможности и планы развития

Квантовые вычислительные системы пока не способны заменить обычные компьютеры на кремниевых процессорах. Их архитектура, области применения и принципы работы существенно отличаются от привычной вычислительной техники. При этом даже специалисты пока не могут точно оценить весь потенциал квантовой индустрии. Исследования продолжаются, количество действующих установок растёт, а Россия постепенно формирует собственную научно-технологическую базу.

В начале 2026 года был представлен самый мощный на тот момент российский квантовый компьютер, рассчитанный на 70 кубитов. Его создали специалисты Физического института имени П. Н. Лебедева Российской академии наук и инженеры корпорации «Росатом». Именно «Росатом» сегодня считается основным разработчиком отечественного направления квантовых технологий.

Работы ведутся в рамках правительственной программы «Квантовые вычисления». Её задача заключается в том, чтобы к 2030 году обеспечить технологический суверенитет России в сфере квантовых технологий за счёт собственных передовых разработок и внедрения этих решений в экономику и социальную сферу. В проекте участвуют более 600 высококвалифицированных специалистов из 15 вузов и научно-исследовательских институтов. Для «Росатома» программа стала одним из приоритетных направлений.

Три отечественные системы 70-кубитного класса

Помимо установки ФИАН на ионах иттербия, в России существуют ещё две системы сопоставимого класса. В «Росатоме» создан компьютер на ионах кальция, а в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова работает установка на нейтральных атомах, содержащая 72 кубита.

Выход на уровень семи десятков кубитов имеет практическое значение. Такие системы позволяют не только проверять отдельные научные гипотезы, но и запускать на них задачи, приближенные к реальным вычислительным процессам. Кроме того, к нескольким российским квантовым компьютерам подключены облачные сервисы, благодаря которым пользователи могут получать удалённый доступ к вычислительным ресурсам.

Пока перечень задач для квантовых машин остаётся ограниченным, а возможности разных архитектур изучены не полностью. Однако первые прикладные направления уже сформировались.

В Германии компания BASF применяет квантовые вычисления для моделирования структуры катализаторов и изучения динамики химических реакций. В Италии такие технологии используют для оптимизации работы возобновляемых источников энергии. Американские исследователи анализируют структуру ДНК, прогнозируют развитие заболеваний и занимаются разработкой лекарственных препаратов.

Компания Airbus вкладывает миллионы долларов в квантовые технологии. Эти разработки предназначены для создания новых самолётов, совершенствования систем связи и измерительных комплексов, а также оптимизации грузовых перевозок.

В интересах Пентагона компания ColdQuanta разрабатывает квантовые часы. Подобные устройства представляют значительный военный интерес, поскольку позволяют определять местоположение без использования сигналов спутниковой навигации. Собственные квантовые часы для французских вооружённых сил создают компании Thales и Syrlinks. Thales планирует производить атомные и оптические ядра часов на предприятии в Палезо, а Syrlinks занимается разработкой электронного механизма, необходимого для передачи высокоточного времени.

Что такое квантовый компьютер

Квантовый компьютер использует физические закономерности микромира и работает не на привычных кремниевых транзисторах, а на квантовых объектах. В качестве основы могут применяться одиночные атомы, ионы или сверхпроводящие контуры.

Классический компьютер хранит и обрабатывает информацию в виде битов. Каждый бит находится в одном из двух состояний: 0 или 1. Квантовая машина оперирует кубитами — квантовыми битами. Их главное свойство называется суперпозицией.

Условно кубит можно сравнить с монетой, которая вращается в воздухе. Пока вращение продолжается, она не показывает только орла или только решку, а находится в промежуточном состоянии, сочетающем оба варианта. Дополнительные возможности даёт квантовая запутанность — связь между кубитами, при которой они начинают функционировать как единая система.

Благодаря суперпозиции и запутанности квантовый процессор способен обрабатывать большое количество математических вариантов параллельно, а не перебирать их строго один за другим. В теории это позволяет работать с задачами, содержащими огромное число комбинаций.

Наиболее распространённые установки внешне напоминают крупную золотистую люстру. На самом деле это многоярусный холодильник, или криостат растворения. Он необходим для защиты кубитов от внешних воздействий: даже небольшое повышение температуры или электромагнитный шум могут разрушить хрупкое квантовое состояние.

На нижнем уровне криостата поддерживается температура около минус 273 градусов Цельсия. Именно там размещается миниатюрный квантовый чип. Такая система не предназначена для повседневной работы вместо домашнего компьютера, но способна выступать в роли специализированного симулятора для задач с огромным количеством комбинаций. Среди потенциальных направлений — разработка лекарств, создание новых материалов и оптимизация глобальных логистических процессов.

Однако сверхнизкие температуры нужны не всем квантовым компьютерам. В 2022 году немецко-австралийский стартап Quantum Brilliance представил первую в мире квантовую систему на основе алмаза, способную работать при комнатной температуре. В ней кубиты встроены непосредственно в структуру алмазной кристаллической решётки. Благодаря природным свойствам материала вычислительные элементы устойчивы к механическим воздействиям и меньше подвержены разрушению из-за температурных колебаний внешней среды.

Квантовые разработки и российская технологическая конкуренция

Оценить значение квантовых технологий для России непросто. В классической микроэлектронике страна заметно отстаёт, особенно в производстве фотолитографического оборудования. Сейчас планируется создание отечественной установки для выпуска полупроводников по 150-нанометровому техпроцессу, тогда как в мире уже испытывают технологические нормы 1,8 нанометра.

Схожие ограничения существуют и в области искусственного интеллекта. Российская научная школа располагает необходимыми интеллектуальными ресурсами, однако ей не хватает вычислительных мощностей. В условиях санкций доступ к зарубежной вычислительной инфраструктуре остаётся ограниченным, и проблема дефицита ресурсов сохраняется.

Одним из возможных направлений компенсации этого отставания считаются квантовые вычисления. Первые практические результаты в России появились уже несколько лет назад. В марте 2023 года специалисты Московского физико-технического института представили первую отечественную квантовую нейросеть. Её разработали на базе Центра коллективного пользования МФТИ.

Систему успешно проверили на четырёх типах задач:

классификация и распознавание рукописных изображений;

определение чётности чисел;

выявление рака молочной железы;

классификация различных сортов вин по десяти параметрам.

Мировой рынок в 2026 году

В 2026 году мировой рынок квантовых вычислений окончательно разделился на несколько крупных групп. Безусловное лидерство сохраняет дуополия США и Китая.

Соединённые Штаты доминируют в коммерческом сегменте благодаря экосистеме крупнейших ИТ-компаний IBM, Google, Microsoft и Intel, а также многочисленным технологическим стартапам. Американские организации удерживают сильные позиции по качеству программного обеспечения, доступности облачных квантовых сервисов и числу патентов.

Китай направил на национальную программу рекордные 15,3 миллиарда долларов государственных инвестиций. Его главные достижения связаны с квантовыми коммуникациями, защищёнными сетями и созданием мощных сверхпроводящих процессоров серий Wukong и Xiaochao.

В Китае создана первая в мире сеть квантовой связи. Она объединяет более 700 наземных оптических кабелей, обеспечивающих передачу данных на расстояния в сотни километров, и два спутника, предназначенных для связи на дистанциях свыше тысячи километров.

Этой инфраструктурой пользуются более 150 организаций, среди которых банки, электросетевые компании и государственные учреждения. В основе системы лежит квантовое шифрование, где носителями информации выступают фотоны.

Квантовые законы делают подобную связь устойчивой к незаметному перехвату. Попытка перехватить или скопировать сообщение изменяет состояние кубитов. В результате злоумышленник вместо исходных секретных данных получает случайный набор чисел, а факт вмешательства становится обнаруживаемым.

В 2017 году Китай и Австрия провели первый межконтинентальный квантовый видеозвонок. Расстояние между участниками составляло 7,5 тысячи километров.

Следом за США и Китаем располагается группа государств первого эшелона. В неё входят Европейский союз, прежде всего Германия и Франция, а также Япония, Канада и Великобритания. Эти страны располагают сильными научными школами, развитой средой технологических стартапов и многомиллиардной государственной поддержкой.

Позиции России

Россия входит в пятёрку ведущих мировых квантовых держав и относится к первой группе преследователей, куда также входят Европейский союз и Япония.

Россия стала одной из трёх стран мира — наряду с США и Китаем, — создавших работающие квантовые компьютеры сразу на четырёх базовых физических платформах. Речь идёт об ионных системах, нейтральных атомах, сверхпроводниках и фотонах.

Преодоление отметки в 70 кубитов на ионной и атомной платформах позволило России войти в число первых шести государств, которым удалось создать системы более чем на 50 кубитов.

При этом российские разработчики сталкиваются с задачей масштабирования. Им предстоит довести системы до сотен стабильных кубитов и параллельно создать собственную компонентную базу, не зависящую от иностранных поставок.

Кто располагает наиболее мощными системами

Если оценивать квантовые компьютеры по числу физических кубитов, первое место занимает американская компания Atom Computing. Её система на нейтральных атомах объединяет 1180 кубитов.

Однако количество физических кубитов не всегда отражает реальные вычислительные возможности. По практической эффективности Atom Computing уступает ионному процессору компании Quantinuum. Благодаря точности операций свыше 99,9 процента он смог сформировать 48 стабильных логических кубитов, защищённых от аппаратных ошибок.

По критерию доказанного квантового превосходства главным вычислительным устройством считается сверхпроводящий процессор Google Willow. Он содержит 105 кубитов. Во время испытаний чип выполнил сложную симуляцию физических процессов за пять минут. Для решения аналогичной задачи самому мощному классическому суперкомпьютеру, по оценке разработчиков, потребовались бы миллиарды лет.

Планы до 2030 года

Дорожная карта «Росатома» предусматривает к 2030 году переход от лабораторных прототипов к промышленному использованию квантовых вычислений в реальном секторе экономики.

Уже сейчас российские алгоритмы начинают применять для оптимизации логистики, моделирования новых материалов и защиты критически важной информационной инфраструктуры средствами квантовой криптографии.

Разрыв с ведущими странами в сфере классических полупроводников остаётся значительным. Тем не менее квантовые технологии могут стать направлением, где Россия способна использовать собственные научные преимущества и уникальные физические эффекты как асимметричный ответ на внешние ограничения.

Если нынешний темп развития удастся сохранить, страна сможет не только удержаться в мировой пятёрке квантовых держав, но и принять участие в формировании стандартов и архитектур вычислительных систем будущего.