Загадка квантового компьютера

– Илья, как всё начиналось?

– Множество воспоминаний связано с нашим Клубом юных техников. В детстве я интересовался железной дорогой, авиацией. В КЮТе мы делали ракеты с пороховыми двигателями и модели космического корабля «Буран». Запомнилась потрясающая творческая атмосфера, вся работа проходила в непосредственной и неформальной обстановке. Читал «Детскую энциклопедию» и замечательный журнал «Юный техник», а в первом классе на вопрос «кем хочешь стать» написал: «изобретателем». Я рос в Академгородке, и тогда мне казалось, что весь мир окружающий такой же. Из детства запомнились праздничные демонстрации, много воздушных шариков, люди радостные и приветливые. Из более поздних времен, уже после развала СССР, помню огромный плакат «Не угасайте духом», установленный на проспекте Лаврентьева. Тогда это подходило к моменту. У меня были замечательные учителя практически по всем предметам, и в школе учился всегда хорошо: окончил с серебряной медалью. Никогда не интересовали обычные подвижные детские игры, всегда хотелось что-то мастерить,  придумывать, и я находил сверстников-единомышленников.

– Ваши первые шаги в физике?

– Окончил физический факультет НГУ, кафедру квантовой оптики. Так получилось, что на моем курсе оказалось около десяти одноклассников, и у нас сложилась особая атмосфера – получить даже четверку на экзамене было неприлично. Царила дружба, общение и взаимная требовательность. С первой лекции по линейной алгебре, которую читал Алексей Тимофеевич Гайнов, появилось ощущение приобщения к университетской культуре, она завораживала. На третьем курсе началась квантовая механика, и меня она глубоко захватила. Даже не представляю, что мог бы заниматься чем-то, с ней не связанным. На выбор моих ориентиров влияние оказал отец – физик, профессор, работал в той же области, что сейчас и я. Он умер, когда я окончил первый курс университета. Позже пришел работать в его лабораторию.

К моменту окончания НГУ у меня уже был большой объем материала, ставший основой кандидатской диссертации. Я занимался физикой атомных столкновений. Вначале были лазеры – учился их настраивать, экспериментировал с атомным пучком, осваивал измерительную технику, автоматизацию эксперимента. Позже стал работать с теоретиками и с того момента прочно застрял посередине между экспериментом и теорией. Относительно недавно мы перешли к изучению атомов, охлаждаемых лазерным излучением до сверхнизких температур. Научились работать с одиночными атомными объектами, одно из приложений наших усилий – квантовая информатика.

– А как сейчас?

– Один день не похож на другой, единственная обязательная составляющая – нужно думать. Есть текущие вычислительные задачи, занимаюсь разработкой программ, анализирую правильность моделей, проверяю выкладки, сопоставляю написанное в разных источниках, пытаюсь понять, как нужно модифицировать то, что делаю. Эта работа бесконечна и полностью поглощает. Проводим эксперименты. У нас постоянный состав команды: четыре человека, каждый из которых отвечает за свою часть установки, и руководитель лаборатории – доктор физико-математических наук Игорь Ильич Рябцев. Помимо этого, написание заявок на гранты, отчеты, административная деятельность – я возглавляю совет научной молодежи в институте. Дел много, они разнородны.

– Расскажите о предшественниках и преемниках.

– С самого основания Академгородка сложилась серьезная школа в областях оптики и лазерной физики. У нас читал лекции Сергей Глебович Раутиан, член-корреспондент Академии наук, оптик-классик, человек-легенда. Курс лазерной спектроскопии читал будущий академик Анатолий Михайлович Шалагин. Сейчас я и сам занимаюсь преподаванием, чтобы эстафету передать дальше, и еще – мне это нравится, приятно разобраться самому в сложном материале, попытаться его понятно объяснить. Без конца переделываю и надеюсь, что когда-то все-таки смогу объяснить так, что меня самого это устроит.

– Квантовый компьютер: в чем загадка?

– Идея создания квантового компьютера возникла в 70-80-х годах для моделирования некоторых физических явлений в сложных системах, которые имеют квантовую природу. В качестве примера можно привести репликацию молекулы ДНК. Для ее моделирования, как писал Юрий Манин, понадобится квантовый автомат – законы квантовой механики и классической механики различны. Нильс Бор говорил: имея дело с элементарными частицами, мы пытаемся о них рассуждать на языке макромира, а они принадлежат к микромиру, для их описания наш язык и воображение непригодны. Например, у частиц микромира не может быть траектории, поскольку для них нельзя одновременно задать скорость и координату – они всегда «размазаны» в пространстве. Еще оказывается, что квантовая частица может находиться одновременно в двух местах сразу. Идея квантового компьютера заключается в следующем: в отличие от классического бита информации, который может находиться в состоянии или «ноль», или «единица», состояние квантового бита информации может быть «ноль» и «единица» одновременно. И если взять большой массив квантовых битов, каждый из них приготовить в такое состояние суперпозиции, получится, что в этом массиве записано огромное количество разных чисел – такое явление называется квантовым параллелизмом. Математики показали: это можно использовать для реализации некоторых алгоритмов, которые на классических компьютерах относятся к категории невычислимых (решаются за бесконечно большое время). Например, среди них – разложение числа на простые множители, основа всей техники криптографии. И это только одна из возможных точек применения квантовых компьютеров.

– Как технически это будет воплощено?

– Оптимальная физическая реализация пока неизвестна, есть множество подходов. В целом, все стремятся к тому, чтобы сделать эту систему твердотельной и работающей при комнатной температуре. Проблема – изолировать этот квантовый регистр от внешней среды.

– Ваше профессиональное будущее?

– Сложно предсказывать, но я давно работаю в одном направлении. Это означает, что изменения, наверное, будут в большей степени количественными, нежели качественными, вырастет публикационный багаж, надеюсь, что смогу какие-то учебные пособия издать.

– Ваш совет тем, кто собирается встать на тропу науки?

– Это вопрос сложный. В наше время советовать трудно, сейчас нет какого-то одного правильного пути, люди разные решения принимают. Единственный совет, универсальный: работать нужно много и всегда пытаться достигать совершенства, остальное – наживное. И обязательно расширять кругозор.

Егор ПЛИТЧЕНКО