Пятница, 20 Марта 2020 16:45

Квантовая революция: на что способна «атомная бомба XXI века»?

Первая квантовая революция, определившая развитие физики в XX веке, стала предпосылкой для появления ядерного оружия, транзисторов, лазеров, мобильной телефонной связи и интернета. Начало XXI столетия стало временем второй квантовой революции. Её последствия пока не проявились в полной мере. Страны, способные создать квантовый компьютер – устройство, которое может решать задачи, недоступные самым мощным суперкомпьютерам классического типа, – получат долгосрочное преимущество во всех сферах конкуренции, в том числе и геополитической. С какими вызовами новой квантовой эры нам придётся столкнуться? Это стало предметом обсуждения на круглом столе, который состоялся в январе этого года в Русском доме на полях Всемирного экономического форума в Давосе. Журнал публикует обработанную стенограмму дискуссии с любезного разрешения организатора – Российского квантового центра

Участники дискуссии: 

  • Алексей Кавокин, руководитель центра поляритоники и профессор университета Вестлейк, профессор Саутгемптонского университета

  • Отмар Вистлер, президент Объединения имени Гельмгольца (Helmholtz Association) Грегуар Риборди, генеральный директор компании ID Quantique

  • Джанфранко Басти, профессор философии в Папском Латеранском университете

  • Александр Львовский, профессор Оксфордского университета

  • Рубен Ениколопов, ректор Российской экономической школы

  • Павлос Лагудакис, один из пионеров в области поляритоники, профессор Сколковского института науки и технологий

  • Давид Вердези, антрополог, автор методики Superhuman, основанной на исследованиях религий мира и последних открытиях в квантовой физике и нейробиологии

КАВОКИН: В сентябре 2019 г. представители корпорации Google опубликовали в Nature статью, где утверждают, что они достигли «квантового превосходства». Их квантовый компьютер Sycamore за 200 секунд решил задачу, которую самый мощный в мире классический суперкомпьютер Summit решал бы 10 тысяч лет. Классический суперкомпьютер – огромная комната, заполненная шкафами, он делает миллиард миллиардов операций в секунду. В квантовом компьютере, который его обыграл, всего 53 элемента (кубита – прим. ред.). Мы входим в квантовую эру, которая несёт совершенно новые вызовы. Паникёры говорят, что квантовый компьютер – это атомная бомба XXI века. С помощью квантовых алгоритмов типа Sycamore и мощнее можно будет легко взламывать любые шифры. Всё, что мы считали безопасным – банковские счета, аккаунты в интернете, компьютеры важных государственных служб, в том числе военные, – больше таковым не является. Потому что устарел принцип, положенный в основу безопасности современных компьютеров и банковских систем.

Параллельно с любым оружием всегда развиваются системы защиты, в данном случае квантовая криптография. Мировыми лидерами в этой сфере являются китайцы. Китай – единственная страна, которая запустила квантовый спутник и построила квантово-защищённую линию, фактически квантовый интернет, который ещё не стал глобальным, но скоро, видимо, станет. Разумеется, квантовый компьютер может делать много хорошего: поможет справиться с раком, увеличить продолжительность и улучшить качество жизни, обеспечить сверхпроводимость при комнатной температуре, существенно снизить энергетические затраты человечества и уберечь планету от глобального потепления.

Сейчас в области квантовых технологий начинается гонка между крупными державами. Россия в ней не лидирует, но и аутсайдером не является. В России существует очень мощная научная школа квантовой физики, и несколько месяцев назад началась своя собственная программа строительства квантового компьютера, в которую планируется вложить более 23 миллиардов рублей. У российского руководства есть понимание стратегической важности данного направления. Развиваться оно будет чрезвычайно быстро.

И всё же об угрозах. Представьте себе квантового хакера, который взламывает защитную систему Пентагона и начинает бомбить всё подряд. Это страшный сценарий, но не такой уж и фантастический в свете возможностей квантового компьютера Sycamore. Как можно защититься от квантового хакера?

ЛЬВОВСКИЙ: Позвольте разъяснить для начала, что можно разбомбить, а что нет. Наше общество основано на информации. Понятие информационной безопасности является основополагающим. Где информация наиболее уязвима? В процессе её передачи, когда она переходит от одного человека к другому. Чтобы защитить информацию, создана криптография. По определению, криптография – это безопасная передача информации по небезопасному каналу. Приведём пример. У нас есть Алиса и Боб, А и Б. Алиса хочет передать какое-то сообщение, но канал не защищён. Что ей делать? Есть подход, который существовал тысячи лет: если Алиса и Боб имеют тайный шифр, случайную комбинацию 0 и 1, которая известна только им, то в этом случае криптография легка, потому что Алиса может зашифровать сообщение при помощи этой системы, послать Бобу зашифрованное сообщение. Даже если Боба будут подслушивать, никто не поймёт, о чём речь, потому что только он имеет ключ к шифру. Это безопасно, даже если у кого-то есть квантовый компьютер.

Недостаток заключается в том, что данный подход чрезвычайно дорогостоящий, и секретная последовательность 0 и 1, которую знает только Боб и никто больше, требует того, чтобы кто-то над ней поработал. Образно говоря, вы отправляете курьера с прикованным к его руке чемоданом, где лежит набор тайных ключей, и важно, чтобы курьер добрался до пункта назначения живым. Этот метод используется лишь для очень важных данных, чаще всего для защиты правительственной информации.

В других случаях применяется иная технология, которая носит название «общая криптография». Если вы вводите номер своей кредитной карты при покупке через интернет, вы отправляете запрос на сервер. Конечно, компьютер говорит вам, что соединение зашифровано, закодировано. Но как оно может быть защищено, если ваш компьютер до этого момента не взаимодействовал с данным сервером? О каком шифровании можно говорить? Ответ заключается в том, что шифрование происходит, но оно неидеально, поскольку зависит от сложности решения некоторых математических проблем: определённые математические функции легко рассчитать в одну сторону, но очень сложно в обратном направлении. Соответственно, если у вас два больших простых числа, компьютеру легко перемножить их, но если вы совершаете обратный процесс, то есть вам дали большое число и нужно разложить его на множители, это уже очень сложная задача. Подавляющее большинство современных систем шифрования так и работает. Именно это делает уязвимым обычное шифрование: классический компьютер не сможет раскодировать такую информацию, а квантовый сделает это с лёгкостью. Собственно, это и является основной угрозой безопасности общества.

В фильме «Крепкий орешек 4.0», который снят 13 лет назад, описаны последствия взлома инфраструктуры Вашингтона, когда весь город был парализован. Только представьте, что все информационные потоки в какой-то момент подвергнутся атаке, погаснет свет, перестанут работать супермаркеты, светофоры, выйдет из строя транспортная система, прекратится вывоз мусора, не будет работать водопровод, – общество перестанет функционировать. Это не ядерная бомба, но через месяц или два, наверное, 80% населения погибнет. Поэтому степень разрушительности информационных потоков – очень серьёзная угроза для общества.

Есть и хорошие новости. Первая заключается в том, что квантовый компьютер очень сложно построить. И хотя сделано заявление, что достигнуто квантовое превосходство, Sycamore решил лишь одну конкретную задачу. Она была создана искусственно, чтобы показать превосходство компьютера, но в остальном это была ненужная задача. Если бы потребовалось решить реальную проблему при помощи квантового компьютера, на реализацию ушло бы много лет.

Вторая хорошая новость: квантовая технология предлагает нам не только меч, но и щит, а именно квантовую криптографию, то есть средство защиты информации. Это инструмент, протокол безопасности, который позволяет шифровать сообщение при помощи 0 и 1, используя фотоны, квантовые частицы света. Фундаментальная характеристика квантовой физики заключается в том, что нельзя изменить или замерить состояние квантовой системы, не вмешавшись в неё. Это означает, что если кто-то попытается прослушать линию передачи и взломать её, то фотоны неизбежно изменят содержание сообщения. В этом случае попытка взлома будет зафиксирована, и будет обеспечена защита.

В отличие от квантовых вычислений, которые по-прежнему воспринимаются как нечто из научной фантастики, квантовая криптография стала технологий сегодняшнего дня. Существуют компании, занимающиеся предоставлением подобной услуги. Она непосредственно связана с коммерческими телекоммуникационными оптоволоконными сетями, которые вы можете использовать для абсолютно безопасных коммуникаций. Сегодня эти технологии ограничиваются несколькими сотнями-тысячами километров, но в планах расширять эту сеть до масштаба города или даже континента и, таким образом, создать квантовую систему коммуникаций.

В связи с квантовой революцией упоминается криптовалюта. Она очень уязвима к атакам квантового компьютера, потому что вся её безопасность основана на криптографии с публичным ключом, о которой я говорил. Банки защищены чем-то ещё: есть хотя бы сотрудники, которые смотрят документы, есть пластиковые карты. У биткоина ничего этого нет, только криптография с публичным ключом. Поэтому, как только сколько-нибудь приличный квантовый компьютер будет создан, вся система современной криптовалюты немедленно обесценится.

Но квантовые технологии снова дают альтернативу – на основе квантовой криптографии можно построить новую криптовалюту.

Мы в Российском квантовом центре показали это на рудиментарном уровне, продемонстрировали первую систему блокчейна на основе квантовых технологий. Квантовый блокчейн может заменить классический, который используется в криптовалютах, и может сделать их более безопасными в ближайшем будущем.

КАВОКИН: Следующий вопрос – Грегуару Реборди, который является главой компании по предоставлению услуг в области квантовой криптографии. В начале Второй мировой войны нацисты построили для немецкой армии шифровальную машину «Энигма». В Великобритании был создан компьютер, который смог взломать шифр, что повлияло на ход войны в пользу британцев. Сегодня, 80 лет спустя, в век более сложных технологий шифрования и дешифрования, мы продолжаем играть в ту же игру, в которую начали во времена Второй мировой?

РЕБОРДИ: Криптография – это гонка между тем, кто пишет код, и тем, кто его разгадывает. Существуют математические проблемы и математические техники, решающие что-то в одном направлении, но не в обратном, если вы не обладаете очень мощным компьютером. Сейчас нам доступны не все возможности, но, если вы дешифровальщик, то всегда можете попробовать использовать более мощный компьютер, и лет через пять, возможно, расшифровать нужный код.

Гонка, о которой вы говорите, продолжается сегодня, и она несколько асимметрична. Мы изобретаем криптографию для смартфонов относительно слабого уровня, а у наших условных врагов могут быть компьютеры с супермощными и быстрыми алгоритмами. И когда появятся квантовые компьютеры, это будет огромный прорывом для тех, кто расшифровывает коды. Станет бесполезно пытаться создавать более длинные ключи и более мощную криптографию. Неважно, как долго вы делали шифр, его будет легко взломать. Длина кода перестанет иметь значение. Сегодня нужно думать о новом типе шифра, который позволит создать защиту даже от квантовых вычислений. Это одна из сфер квантовых технологий, область, в которой работает наша компания. Идея заключается в использовании оптоволокна и коммуникации на этом уровне.

Приведу простой пример, чтобы продемонстрировать, чем мы занимаемся в квантовой криптографии. Давайте представим, что любое общение – это теннисный матч. Сообщение – это теннисный мячик, и вы посылаете его через корт. Ваш партнёр ловит мяч и получает сообщение. А посередине корта стоит некто с сачком и пытаться поймать этот мяч. И если некто поймал мячик, вы даже не поймете, что он был перехвачен. Именно таким образом «ловится» сообщение, практически любое. То, чем занимается квантовая криптография, описывается просто: мы пытаемся заменить теннисный мячик на мыльный пузырь. Если попытаться поймать мыльный пузырь, он просто лопнет. И пользователи поймут, что кто-то пытается взломать сообщение.

В реальности мы используем оптоволокно, по которому на огромных скоростях бегут импульсы из миллионов фотонов. В обычной ситуации можно взять всего несколько процентов этого света, получив 100% информации. Именно поэтому информация уязвима.

В своей работе мы пытаемся разделить данные на отдельные фотоны и через них закодировать ключ, при этом при получении сообщения мы поймём, что была совершена попытка взлома.

Самый важный на сегодня вопрос связан с угрозой для криптографии. Многие говорят, что квантовый компьютер Google недостаточно большой, чтобы уничтожить криптографию. Но вызов уже перед нами. Если есть информация, которая должна оставаться защищённой годами, можно украсть её сейчас, а расшифровать через 10 лет. Данные всё равно будут потеряны, то есть проблема никуда не денется. Вышесказанное актуально, например, для персонализированной медицины, расшифровки генома: такая информация должна оставаться защищённой на протяжении всей жизни пациента, а может, и после его смерти. Если она попадёт не в те руки, то сможет оказать влияние на жизнь детей и внуков этого человека.

Поэтому задача уже сегодня сделать шаг вперёд в сфере новой криптографии. Чтобы в тот момент, когда квантовые компьютеры будут созданы и придётся защищать информацию, она уже была защищена. Организациям уже сейчас необходимо думать о том, как они будут модернизировать своё оборудование, ведь когда появится суперкомпьютер, им придётся работать в новых условиях.

КАВОКИН: Компьютер от Google – элемент пиара: о нём все говорят после статьи в журнале Nature. Но нет гарантии того, что не проводятся секретные исследования использования квантового компьютера для военных целей. Никто не знает, так это или нет. Можно предположить, что есть тайные лаборатории, которые уже продвинулись дальше. Таким образом, квантовая безопасность сегодня становится приоритетом для правительств. Но во сколько обойдётся вторая квантовая революция?

ЕНИКОЛОПОВ: Квантовое превосходство у нас уже есть, но как его можно будет использовать, мы не знаем, можем только догадываться, опираясь на опыт предыдущих научно-технических революций. Что ожидается от второй квантовой революции? Что в мире начнётся процесс изменения технологий. Речь идёт не об отдельном секторе, изменения коснутся абсолютно всех сфер экономики. Это как изобретение парового двигателя, создание электричества или компьютера, то, что происходит в области машинного обучения и искусственного интеллекта. На этих примерах мы можем представить, как изменит нашу жизнь создание квантового компьютера.

Есть два важных момента – денежные и социальные издержки. Основная часть расходов будет затрачена на переход к новым технологиям. Очевидно, что придётся потратить большие средства на шифровальное оборудование и защиту информации. Неизбежна «гонка вооружений» между теми, кто защищает информацию, и теми, кто хочет её украсть. И наиболее дорогостоящим станет момент перехода, когда у одних технологии для нападения уже есть, а другие ещё применяют старую технологию для защиты данных, и они уязвимы. В какой-то момент паритет наступит, но в переходной фазе придётся вкладывать гигантские средства.

Что будет с социальными издержками? Предыдущие технологические революции, как правило, имели разрушительный характер, некоторые профессии оказывались ненужными. Это тема активно обсуждается сегодня, потому что она связана со сферой искусственного интеллекта, машинного обучения, революцией роботов. Всё, что можно запрограммировать, что основано на алгоритмах, рутинные действия, которые раньше выполняли люди, теперь выполняется компьютерами, роботами. А те, кто прежде осуществлял эти работы, теряют рабочие места. С гуманной точки зрения, прекрасно, что люди избавляются от скучной и однообразной работы. Но они теряют возможность зарабатывать деньги.

Квантовые компьютеры производят сложные расчёты со скоростью мысли. Но такие расчёты люди и раньше не могли делать. Здесь машины не заменяют людей, мы не можем говорить, что человек из-за этого потерял работу. Происходит расширение возможностей человечества, и этим вторая квантовая революция существенно отличается от всех предыдущих научных революций. И в этом отношении я оптимист, не считая, конечно, возникающих вопросов безопасности. С экономической точки зрения мы, возможно, не увидим кардинальных изменений в отношении занятости. Скорее всего, технологии будут помогать людям и дополнять их функционал, и разговор здесь в первую очередь о цене.

Но мы точно не знаем возможностей, которые появятся благодаря квантовым вычислениям. Вероятно, суперкомпьютеры смогут выполнять задачи, касающиеся финансовых услуг. Банки и финансовые компании владеют большими деньгами, они готовы приобрести квантовый компьютер для решения финансовых задач – это очевидное и простое применение квантовых вычислений.

Также я думаю, что суперкомпьютеры помогут придумывать новые материалы. Именно для этого требуются вычисления, которые на данный момент провести практически невозможно. Это позволит приблизиться к священному Граалю физиков – суперпроводимости при комнатной температуре. По крайней мере, есть надежда.

Следующий шаг будет связан с динамикой жидкостей. Поскольку здесь необходимы чрезвычайно сложные вычисления, будет сделан огромный скачок вперёд. На практике это означает, что самолёты, машины, путешествия в космос – всё это переживёт кардинальные изменения.

Ещё один важный шаг – способность прогнозирования поведения определённых молекул. Эта ветвь задач уже стоит рядом с проблемой борьбы с раком. Первый порядок сложности – это прогнозирование поведения определённых молекул, что приведёт к изобретению новых препаратов, подходящих всем. Затем – создание индивидуальных препаратов для лечения конкретного человека.

Мы можем надеяться на подобные проекты, только если будет создан суперкомпьютер. Что касается расходов, то они временны и больше связаны с вопросами безопасности.

В целом из всех технических революций квантовая кажется наиболее оптимистичной. Справедливости ради замечу, что мы можем не знать очень многого и даже не понимать, чего именно мы не знаем. И могут возникнуть очень большие расходы, размер которых нам пока трудно себе представить.

КАВОКИН: Судя по реальным цифрам, пока квантовая революция обходится недорого. В российский квантовый компьютер инвестируется более 23 миллиардов рублей – ничто по сравнению с ВВП нашей страны, но расходы могут расти по мере развития технологий. Это высокорискованные, но и очень многообещающие проекты: сверхпроводимость при комнатной температуре, лечение рака. Высокие риски связаны не с тем, что у нас ничего не получится, а с тем, что получится слишком хорошо, а это имеет определённые последствия.

Профессор Павлос Лагудакис создал прекрасную лабораторию в Сколтехе (Сколковский институт науки и технологий), и в ней – машину жидкого света, которую можно рассматривать как альтернативу квантовому компьютеру Google. Если мы будем пытаться повторить то, что сделал Google, это будет не столь плодотворно, зачем повторять то, что уже есть? Профессор поднял вопрос о совершенно новой системе, которая имеет несомненные преимущества перед уже существующими квантовыми компьютерами.

ЛАГУДАКИС: Многие слышали о второй квантовой революции, но, если я спрошу вас, когда была первая квантовая революция, наверное, мало кто ответит на этот вопрос. И многие даже не осознают, что уже использовали квантовые технологии, может быть, не по их первоочередному назначению. Например, магнитно-резонансная терапия, которая зачастую используется в клиниках – прямое применение квантовых технологий. И это, действительно, была революция, прежде всего, в медицине. А сейчас мы на пороге второй квантовой революции. И если первая была основана на визуализации, то вторая – на кубитах, или квантовых битах. Прежде чем я объясню, что такое кубит (а это фундаментальный компонент новой революции), скажу, что это эквивалент транзистора. Электронный транзистор является составляющей ваших компьютеров, смартфонов, – средство для обработки информации.

Транзистор основывается на управлении электронами. Все слышали про электроны – они позволяют нам передавать информацию, это их ключевая способность. У электрона есть спин, который используется в транзисторах. Также важно знать о транзисторах следующее: транзисторы – классическая система. Проще говоря, они могут быть включены или выключены: либо одно состояние, либо другое.

Кубиты понять несколько сложнее. Кубит – своего рода транзистор, однако он может быть не только в двух вышеупомянутых состояниях, но и в состоянии суперпозиции. Чтобы понять, что это такое, обратимся к танцам. Балерина исполняет «Лебединое озеро», и её руки в этот момент не наверху и не внизу – они, как крылья лебедя, одновременно и наверху, и внизу, мы не можем точно сказать, когда рука находится внизу, а когда наверху. Визуализация кубита – руки балерины в роли белого лебедя.

Если мы действительно хотим обрабатывать информацию при помощи кубитов, нам нужно использовать миллиарды кубитов, подобно тому, как мы используем миллиарды транзисторов. Кубиты должны взаимодействовать между собой. Как «маленькие танцоры», они имеют конкретные ограничения: должны синхронизироваться. Если мы строим квантовый компьютер, нам важно, чтобы кубиты были полностью синхронизированы, действовали слаженно. Это мы называем когерентностью кубитов.

Главный вопрос в следующем: если мы представим большой стадион, сколько балерин вы сможете туда поместить, прежде чем они рассинхронизируются? Таково ключевое ограничение, которое есть сейчас в квантовых компьютерах. Мы можем создавать кубиты, мы это делали ещё в 1990-е гг., но сколько кубитов можно синхронизировать, сохраняя когерентность? Создавались различные платформы (это делали IBM, Google, Microsoft, исследовательские лаборатории, в том числе моя лаборатория в России), чтобы объединить и синхронизировать как можно больше кубитов. Если говорить о том, сколько именно кубитов мы можем синхронизировать, то можно обозначить несколько проблем.

Во-первых, инженерное ограничение – так же, как с классическими компьютерами. Существует закон Мура, который гласит, что количество транзисторов удваивается каждые два года до тех пор, пока мы не достигнем квантового предела. Это инженерная проблема.

Во-вторых, есть законы физики, ограничивающие количество кубитов, которые можно объединить. Необходимо узнать, сколько кубитов можно синхронизировать, а ограничивается количество так называемым дефазингом, или беспорядком. Результаты расчётов могут быть довольно печальными. Если мы посмотрим на инженерные ограничения, то кто-то скажет, что это 50 кубитов, кто-то – 55, кто-то – 49, в общем, в районе 50. Но, если подсчитать эти 50 кубитов, окажется, что невозможно сделать ничего лучше, чем суперкомпьютер. Мы не решаем жизненные проблемы 50 кубитами. Проблема масштабирования не в том, что нам нужно больше кубитов, а в том, чтобы корректировать ошибки. У вашего компьютера столько же транзисторов для обработки информации, сколько для исправления ошибок. Везде в природе есть ошибки, и их надо исправлять. Если мы изначально вводим в квантовый компьютер исправление ошибок, то значит – мы находимся очень далеко от универсального квантового компьютера, который может решать любые вопросы, не только частные, но и глобальные проблемы человечества. Если мы хотим создать не просто игрушку для учёных, нам необходимо понять, опираясь на вышеописанные ограничения, что мы можем сделать с теми технологиями, которые есть сейчас, для достижения максимального прогресса через 10 лет. Например, можно ли сделать копроцессоры – квантовые процессоры, которые помогут нашему суперкомпьютеру справиться с ограничениями, о которых мы говорили?

Развитие суперкомпьютеров не стоит на месте, оно происходит гораздо быстрее, чем развитие квантовых компьютеров. Можем ли мы соединить передовые технологии полупроводников, которые есть сейчас в наших смартфонах, с технологиями кубитов? Если бы удалось это сделать, то подход, которому мы следовали при создании квантового компьютера, изменился бы, мы бы перепроектировали модель с чистого листа. На вопрос, какой способ передачи и обмена информацией наиболее быстрый, многие инженеры-техники ответят – свет. Не ток, а свет. Поэтому если бы я создавал новую модель квантового компьютера, первое, на что я бы указал, это то, что мой компьютер будет работать на основе света. Если взять две лазерных указки и свести их лучи вместе, никакого эффекта не получим, потому что свет со светом «не общается», только мы видим свет. Следовательно, нужно сделать так, чтобы свет «общался» со светом. Какая же технология может с этим помочь? Опять же, наши родные полупроводники.

Мы стремимся создать систему, соединяющую электронику и фотонику, свет и материю, то, что я называю «жидким светом», объясняя своим студентам. Это не похоже на лазерную указку. Это вещество, при помощи которого свет взаимодействует сам с собой. Жидкий свет будет общаться сам с собой в некой несуществующей сфере. В нашей лаборатории мы уже создали подобную вещь, используем традиционные полупроводники, технологию, которая очень развита в России. Первые лазеры на полупроводниках были изобретены здесь. Но также мы применяем новую технологию из области фотоники, при помощи которой можно манипулировать светом внутри материи. И если машины на основе жидкого света, так называемые «жидкие машины», смогут ускорить квантовые машины, возникнет новый тип квантового компьютера. И это то, чего мы пытаемся достичь в Российском квантовом центре, сотрудничая с коллегами из Великобритании.

КАВОКИН: Рад слышать, что у России в квантовой гонке неплохие шансы. Это прекрасная возможность использовать наши достижения в полупроводниках в создании машины жидкого света, которая может обогнать компьютер Google. Теперь я передаю слово человеку, который посвятил многие годы борьбе с раком.

ВИСТЛЕР: Медицина – это наука, в которой мы собираем гигантское количество знаний и информации от каждого пациента. Это сложные данные, переходящие из одной технологии в другую на протяжении большого количества времени. Если мы хотим перейти на новый уровень медицины, нужно систематизировать огромный объём информации, изменить всю систему здравоохранения, чтобы появились новые возможности для понимания индивидуальной причины заболевания. Мы говорим о разных болезнях – рак, Альцгеймер, диабет – и считаем, что причины недуга у всех одни и те же. Но при более тщательном изучении выявляются индивидуальные причины заболеваний, порой более значимые. Единственный способ их понять – обработать и проанализировать огромное количество данных, которые мы собрали с каждого пациента. Для этого необходима технология управления большими массивами информации, позволяющая разработать персонализированные лекарства. Управление такими базами данных может осуществляться с помощью квантовых технологий. В общем-то, мы уже используем их в медицине, например, в исследовании патологий. Эти методики позволяют получить гигантские объёмы информации, которые в полной мере не изучены.

Здравоохранение будущего должно быть основано на цифровых технологиях, поэтому необходимо учитывать три положения. Во-первых, информация в сфере медицины должна быть стандартизированной и отобранной: необходимо собирать сложные массивы данных, анализировать каждый аспект, а защита этих данных имеет решающее значение. Во-вторых, необходимо использовать все возможности искусственного интеллекта для анализа сложных медицинских данных, такие, как самообучающиеся инструменты и прочее. В-третьих, для этого требуются мощные компьютерные технологии, и здесь перспективным инструментом являются квантовые компьютеры.

Доступность таких многоуровневых систем позволит применять квантовые технологии в медицине и создавать индивидуализированные лекарства, а также искусственно моделировать патологии и проводить их исследования. Всё это открывает огромные возможности. Например, если бы у нас сейчас были квантовые сенсоры в медицинских приборах, мы могли бы достичь нового качества получаемой информации. Только представьте, как это изменило бы мониторинг здоровья в долгосрочной перспективе. Технологии в областях создания моделей при помощи квантовых структур и криптографии тоже окажут большое влияние на медицину, ведь мы будем опираться на защиту данных, на анонимизаторы, применять технологии больших данных при подборе лечения.

Как этого достичь? Мы будем создавать новые связи между квантовыми технологиями и медициной, где уже накоплен большой объём знаний в квантовой сфере. В Европе реализуется проект, где учёные, изучающие строение человеческого мозга, и учёные-программисты создают модель мозга при помощи суперкомпьютера. Мы опираемся на доступные технологии, но после того, как получим доступ к квантовому компьютеру, проект искусственной модели человеческого мозга станет ближе, открывая перед нами новые возможности. Очень важно понимать, что наука зависит от финансовой поддержки, мы делаем то, что хотят спонсоры. Поэтому необходимо поддерживать связи между фондами и исследователями и информировать общественность о новых технологиях.

КАВОКИН: Профессор Джанфранко Басти из Ватикана представляет не только квантовую физику, но и католическую церковь. Что же нас ждёт – с точки зрения учёного-физика, которым вы являетесь, и философа?

БАСТИ: Важность квантовой теории поля и физики конденсированного состояния заключается в том, что квантовая природа некоторых систем проявляет себя при комнатных температурах. Это открывает новые возможности для работы в так называемом квантовом вакууме. Квантовый вакуум – это динамический мост, соединяющий все объекты вселенной. В нём простейшие частицы (атомы или молекулы) становятся квантами точно так же, как фотоны могут рассматриваться квантами электромагнитного поля. Именно в квантовом вакууме мы можем говорить о когеретности дальнего порядка, или фазовой когерентности. Голдстоуновские бозоны – тоже квантовая форма, особый способ взаимодействия в квантовом поле.

Квантовая технология объясняет механизм работы мозга. Перед нами видимая часть электромагнитного спектра, можем увидеть её только в инфракрасном диапазоне. Наше расширенное сознание, наш мозг находится в этом пространстве.

Мы разработали специальную технологию, чип, который уже нашёл коммерческое применение, поскольку даёт возможность, например, развивать оптические технологии, программируя их на огромных скоростях. Приборы, которые мы используем, обладают очень небольшими размерами, следовательно, целые библиотеки синтетического спектра можно поместить на маленькие носители, коммутация происходит за пикосекунды – быстрее чем скорость химических реакций. Таким образом, можно построить супербыстрый квантовый процессор, который будет работать при комнатной температуре.

Перед нами стоит образовательная задача создать квантовую культуру, которая строилась бы на квантовой теории и была бы близка как восточной, так и западной традициям метафизики. Мне бы хотелось создать виртуальный кампус для студентов всего мира, где можно было бы изучать взаимодействие различных технологий, философий и религий.

Отвечая на вопрос ведущего о том, что квантовая революция привнесёт в общество, учёные затронули проблему квантового шифрования. На сегодняшний день расшифровщик работает при температуре -273 градусов. Такая технология недоступна простому потребителю. Квантовый шифратор работает при комнатной температуре, таким образом, обычные люди могут пользоваться этой технологией для защиты своих данных. Квантовый компьютер, действительно, может обрабатывать гигантские объёмы данных, но он не занимается квантовой расшифровкой, не путайте это.

Мы говорим о вопросах лидерства в технологиях и о бизнесе, но их нельзя обсуждать в отрыве от гуманитарной составляющей. Опасна дезинтеграция, расслоение между технической и гуманитарной культурами. Говорить исключительно о физике бесполезно, мы так долго разделяли эти две сферы, что теперь необходимо сводить их вместе. Ситуация катастрофическая, и нам необходимо интегрировать квантовые научные технологии в гуманитарную сферу.

Ещё одно важное направление – мы активно развиваем самый большой проект по борьбе с патологическим болевым синдромом. Один из способов лечения патологического болевого синдрома – транскраниальная магнитная стимуляция (transcranial magnetic stimulation). Пилотный проект можно реализовать при помощи квантового компьютера, так как это очень сложная задача.

КАВОКИН: Восхитительно, что Ватикан настолько заинтересовался квантовыми технологиями. Раньше мы считали, что мозг человека – это что-то невероятно сложное, его невозможно смоделировать никаким классическим компьютером. Поможет ли квантовая революция создать искусственную модель человеческого мозга? Наш следующий собеседник – эксперт по антропологии.

ВЕРДЕЗИ: Я бы хотел процитировать отцов-основателей квантовой физики Дэвида Бома и Макса Планка. Это не прямая цитата, но они говорили, что мы не сможем выйти за рамки сознания, которое является фундаментальной единицей квантовой революции. Всё, что мы разрабатываем, объясняем, испытываем, упирается в сознание. Кто понимает квантовую механику, кто задаёт вопросы, кто даёт ответы, кому вселенная посылает знание?

Даже когда мы начнём понимать модули мозга, мы не сможем ответить на самый важный вопрос, по которому всё ещё ведутся споры: что такое «сознание». Мы все находимся в сознании, этого отрицать нельзя, через него человечество достигло всего того, чем оно обладает. Сознание – единственный элемент уравнения, которое разделило ньютоновскую физику и современную физику, квантовую механику. Находится ли мозг погружённым в сознание, является ли оно местным? Наш мозг – это антенна, которая настраивается на какое-то более общее поле, как говорил Макс Планк, или он возникает как результат сложного процесса, и создание более сложных компьютеров и роботов естественным путём приведёт к созданию машин, обладающих сознанием?

Может быть, нужно и то, и другое? А может быть, ни то, ни другое. Это вопрос, который возвращает к важности гуманитарных наук, о которой говорил профессор Басти. Потому что чем больше развиваются технологии, тем больше их потенциал созидания и уничтожения. Все мы знаем, как важно правильно использовать технологии, поэтому очень важно, чтобы гуманитарные науки оставались в центре внимания. Здесь я имею в виду и этику, включая светскую этику, которая является транспоколенческой, межнациональной и не ограничивается какой-либо системой верований. Она основана на физике, философии гуманизма, и мы должны хранить эти ценности и ставить их в центр всего.

В самом начале люди учились осознавать и ценить собственную мысль, процесс мышления, то, как это взаимодействует с нашим сознанием, личностью. И, конечно, ощущение божественного, восхищения, восторга – всё то, что мы начинаем чувствовать, когда выходим за рамки собственного «я». Когда мы осознаём величие, масштаб природы, окружающей вселенной, божественного, то внезапно оказываемся внутри нового, неосознанного.

Если раньше мы думали, что сознание – что-то крошечное в нашем крошечном человеческом черепе, то вдруг приходит понимание, что не оно внутри нас, а это мы внутри большого сознания. Эта взаимосвязь проявляется в постоянном желании людей быть связанными – через смартфоны, компьютеры или отношения, бизнес, в чувстве принадлежности. Это – человеческая потребность в связанности, ощущении себя частью чего-либо на уровне крошечного атома и до масштаба человеческой динамики, вплоть до трансличностных отношений. Мы хотим чувствовать себя связанными не только с себе равными, но и с тем, что больше нас, что за пределами нашей личности. После того, как мы добились всего – в бизнесе, семье, технологиях, квантовой механике, вычислениях, мы по-прежнему ощущаем этот голод, сильнейшую потребность ощущать себя за пределами личности, за пределами своего «я».

Именно это предполагает квантовая революция – попытку вывести людей за пределы технологий. Это уникальное качество человеческой мысли и стремление идти вперёд существует с незапамятных времён. Сюда же можно отнести и различные духовные практики, выводящие нас за пределы собственного сознания. В какой-то момент, когда мы расширяем сознание, то видим решения, которые раньше не видели, и начинаем задавать вопросы, которые раньше не задавали. Появляется ощущение взаимосвязанности, дающее возможность стать не просто лучшими людьми, а лучшими версиями самих себя для своих близких, для всей планеты, для будущих технологий. Мы можем сделать этот опыт частью нашего будущего, доступным для каждого.

КАВОКИН: Те из нас, кто учился в Советском Союзе, согласятся, что нас воспитывали в рамках философии материализма (марксизма-ленинизма), которая говорила, что материя – это объективная реальность, данная нам в ощущениях. Это казалось само собой разумеющимся, и так думали не только в СССР, но и во всем мире, например, так считал и Альберт Эйнштейн. Но Копенгагенская школа квантовой механики выступила с противоположным тезисом, который иллюстрируется парадоксом кота Шрёдингера. Кот сидит в камере, с вероятностью 50% он мёртв (есть бутылочка с ядом) и с вероятностью 50% он жив. Но с точки зрения квантовой механики кот одновременно и жив, и мёртв. И только когда откроем камеру и сделаем измерения, мы заставим этого кота перейти либо в полностью живое, либо в полностью мёртвое состояние.

Это кажется бессмыслицей. Но на данном принципе квантовой суперпозиции основана, в частности, квантовая криптография, которая прекрасно работает. И это экспериментальный факт, хотя он кажется нам достаточно безумным с точки зрения здравого смысла. 

Таким образом, от материализма мы переходим к субъективному идеализму, поскольку оказывается, что состояние материи зависит от наблюдателя, то есть от нас, и пока мы не изучили этого кота, он не будет ни жив, ни мёртв. Речь не о том, что мы не знаем, жив он или мёртв. Он одновременно и жив, и мёртв. И это очень серьёзно меняет понимание окружающего мира, потому что он не существует независимо от нас. Наше сознание играет необычайно важную роль. Какую именно – нам ещё предстоит понять.

 

Дополнительная информация

  • Автор: Материал подготовила Евгения Прокопчук, аналитик Центра комплексных европейских и международных исследований НИУ «Высшая школа экономики».

Оставить комментарий

Календарь


« Июнь 2020 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30          

За рубежом

Аналитика

Политика