Nous avons assisté à la deuxième révolution quantique, a déclaré le professeur de physique Alexander Lvovsky. Il fait valoir cela avec le fait que l'humanité a appris à contrôler les systèmes quantiques à un niveau unitaire.
Alors pourquoi un ordinateur quantique n'est-il pas encore apparu sur le bureau de tout le monde et ne joue pas la musique de VKontakte via une ligne de communication quantique incassable? À propos de cela, ainsi que du développement de la science russe et de ce «refroidisseur» est la technologie de la blockchain ou des quanta, a déclaré le professeur personnellement.
Alexander Lvovsky - Ph.D., professeur de physique à l'Université de Calgary, membre du conseil scientifique du Russian Quantum Center (RCC), éditeur d'Optics Express, vulgarisateur de la science quantique. Intervieweur: Ilya Lopatin
Partie défenderesse: Alexander LvovskyAujourd'hui, un ordinateur quantique peut être acheté pour plus de 10 millions de dollars, ce qui a été fait, par exemple, par Google. Alors qu'un tel ordinateur n'est efficace que pour résoudre des problèmes étroitement ciblés. À quoi s'attendent les acheteurs à payer ce montant?
Google a acheté "l'ordinateur quantique" de la société canadienne D-Wave. Ce n'est pas un ordinateur quantique universel, mais le soi-disant recuit quantique - «recuit quantique». Beaucoup de mes collègues - experts théoriques dans le domaine de la cybernétique quantique - estiment que cet appareil n'a aucun avantage sur l'appareil classique. Bien que Google et D-Wave montrent des exemples de tâches spécifiques qui peuvent être résolues plus rapidement avec cet appareil que sur un ordinateur classique classique, les opposants soutiennent que cela est dû au fait que les algorithmes classiques ne sont tout simplement pas optimaux. En d'autres termes, un avantage est une illusion résultant du fait que nous ne tirons pas du «fer» classique tout ce dont il est capable.
Bref, il y a un débat scientifique. Nous, les gens ordinaires, en bénéficierons dans tous les cas: soit nous aurons des ordinateurs quantiques, soit les algorithmes classiques s'amélioreront considérablement.
Dans l'intervalle, ces différends n'ont pas été résolus, la question de savoir si cet ordinateur a un avantage théorique sur le classique, en principe, s'estompe dans le fond. Si vous utilisez cet appareil ici et maintenant, vous pouvez résoudre le problème cent ou un million de fois plus rapidement que sur un ordinateur classique, alors pourquoi ne pas le résoudre comme ça?
Les investisseurs investissent dans de nombreux projets. Un projet informatique quantique est un gain élevé à haut risque. Il est clair que rien ne peut en résulter, mais si c'est le cas, l'échappement sera énorme (des milliers, voire des dizaines de milliers de pour cent). Par conséquent, en moyenne, comme prévu, le projet s'avère gagnant, attractif pour l'investissement.
Harvard a créé un ordinateur à 51 qubits. Dites-moi, cela s'applique-t-il à la deuxième révolution quantique, ou même à la première?La deuxième révolution quantique est la capacité de contrôler des systèmes quantiques complexes enchevêtrés au niveau de leurs composants individuels (ions, photons, atomes). C'est la principale différence par rapport à la première révolution quantique - l'invention des dispositifs macroscopiques, qui, bien qu'ils utilisent la physique quantique comme base de leur travail, ne sont pas capables de contrôle individuel. Les transistors et les lasers ont conduit à l'émergence de circuits intégrés, d'ordinateurs, d'Internet, des communications mobiles - en général, ont fait le monde tel que nous le connaissons aujourd'hui. Et de la deuxième révolution quantique, nous attendons encore plus!
L'expérience de Harvard est, bien sûr, un élément de la deuxième révolution quantique. Cependant, ce n'est pas un ordinateur quantique, mais le soi-disant simulateur quantique. En d'autres termes, ce n'est pas un appareil informatique, mais une sorte de système physique qui vous permet d'émuler des systèmes physiques plus complexes, en particulier la physique du solide.
Un appareil créé à Harvard. Le projet était dirigé par Mikhail Lukin et Marcus Greiner de l'Université Harvard, ainsi que Vladan Vuletich du MITQu'est-ce qui limite la croissance du nombre de qubits lors de la création d'ordinateurs quantiques? D'où viennent les chiffres 5, 50, 2000? Le problème est-il précisément dans le nombre de qubits?Oui, tout le monde est mesuré par le nombre de qubits ... En fait, c'est de la merde, car ce n'est pas la quantité qui compte, mais la qualité. Les qubits modernes sont extrêmement «fragiles»: ils interagissent avec le monde extérieur et perdent très rapidement leurs informations quantiques. Avec leur aide, il est impossible d'effectuer même les calculs quantiques les plus simples. Pour ce faire, vous devez d'abord faire ce que nous appelons un qubit logique, qui peut prendre en charge indéfiniment les informations quantiques en corrigeant les erreurs. Pour faire un qubit logique, des dizaines, voire des centaines de physiques sont nécessaires.
Les ordinateurs classiques ont également cela. Des erreurs s'y produisent constamment et si vous ne les corrigez pas, les informations disparaissent instantanément. Mais puisqu'il existe des algorithmes de correction, nous ne voyons aucune erreur. Nous voyons que les informations sont stockées indéfiniment.
En informatique quantique, il n’existe pas encore une telle technologie, car la qualité des qubits physiques ne suffit pas pour en réaliser une, même logique. Par conséquent, toutes les discussions sur le nombre de qubits doivent être prises avec soin.
Nous entendons régulièrement parler du lancement d'une ligne de communication quantique basée sur l'intrication quantique. Dans quelle mesure est-il applicable d'un point de vue commercial?La plupart des lignes de communication quantique modernes ne sont pas basées sur des enchevêtrements quantiques. C'est bien, car l'intrication est un phénomène assez complexe: difficile à obtenir et à appliquer. La communication quantique moderne, en règle générale, utilise des impulsions laser faibles - de sorte que chaque impulsion individuelle contient en moyenne moins d'un photon. Parfois, un photon saute, alors vous pouvez enregistrer des informations dessus et l'envoyer à une certaine distance. Dans ce cas, vous pouvez être sûr que si quelqu'un vole ce photon, il ne pourra pas le reproduire dans le même état quantique. Le secret de la communication quantique est basé sur cela.
Le problème de la communication quantique moderne est qu'elle n'agit qu'à courte distance. Pourquoi? Car les pertes dans les lignes de fibre sont de l'ordre du facteur deux sur 10-15 km. Cela signifie que, par exemple, sur la ligne reliant Moscou à Saint-Pétersbourg, une seule impulsion sur 10 -
18 milliards de milliards - atteindra sa destination. À une telle vitesse, bien sûr, il est impossible de transmettre des quantités raisonnables d'informations.
Dans la ligne de communication classique et habituelle, ce problème est également présent, mais il est résolu à l'aide de répéteurs ou d'amplificateurs. Un amplificateur est installé tous les quelques dizaines de kilomètres, ce qui élève le niveau du signal optique au niveau initial. Cela ne peut pas être fait avec une ligne quantique, car un tel amplificateur ne pourra pas être distingué d'un espion: il change les photons et fait de même. Par conséquent, une autre technologie doit être inventée - le soi-disant répéteur quantique. Pour le réaliser, l'intrication quantique est nécessaire. Plus précisément, deux phénomènes - la téléportation quantique et la mémoire optique quantique.
Pourquoi la blockchain est-elle vulnérable à la technologie quantique?La fonction de hachage cryptographique est utilisée dans la chaîne de blocs: chaque bloc suivant contient la fonction de hachage du précédent, en raison de laquelle il est désormais impossible de modifier les informations stockées dans l'un des blocs sans violer l'intégrité de la chaîne entière. Un ordinateur quantique peut rendre le calcul de la fonction de hachage réversible, c'est-à-dire qu'il peut détecter un changement dans le bloc afin que le hachage ne change pas.
Il existe une autre vulnérabilité spécifique aux crypto-monnaies: une signature numérique. Quiconque possède un ordinateur quantique pourra truquer une signature numérique, c'est-à-dire, par exemple, effectuer un transfert d'argent important au nom d'un milliardaire en utilisant sa signature numérique. Ainsi, dès qu'un ordinateur quantique universel sera inventé, pour Bitcoin, et pour toutes les crypto-monnaies modernes, le coût sera réduit à zéro.
Récemment, au Russian Quantum Center, nous avons trouvé un moyen d'éliminer ces vulnérabilités en appliquant la technologie de communication quantique aux chaînes de blocs. Je pense que, bien sûr, les blockchains et les crypto-monnaies ont un avenir - elles changeront simplement et seront synthétisées avec les technologies quantiques en cours de développement.
Supposons que les physiciens soient coincés dans l'étude du micromonde. Que se passera-t-il plus vite - la personne comprendra qu’elle ne comprend rien et n’inventera rien d’autre, ou l’incapacité de financer un superprojet mondial qui sera 10 fois plus cher que le collisionneur de hadrons?
Je pense qu'au cours du XXe siècle, la physique a beaucoup progressé par rapport aux autres sciences. Le développement de la science a toujours été dicté par des applications pratiques. Et maintenant, le niveau de connaissance de la physique est de plusieurs ordres de grandeur supérieur à ce qui peut être utilisé dans la pratique. Puis-je en savoir plus? Certes, mais pour cela, il faut vraiment soit des télescopes géants, soit construire des accélérateurs coûteux. La question est - pourquoi? Une curiosité oiseuse?
Par conséquent, il me semble qu'au 21e siècle, la physique ralentira son développement et laissera la place à des sciences telles que la cybernétique et la biologie, car dans ces sciences il y a des secrets juste devant notre nez: comment les cellules sont organisées, comment traiter les maladies, l'hérédité, etc. En matière technologique - la cybernétique à l'interface avec la biologie. Comment fonctionne le cerveau, comment nous pensons, comment faire penser la machine comme une personne? Ces tâches scientifiques sont extrêmement intéressantes et pertinentes, et surtout - leur solution vous permet de développer des appareils de vente réels qui amélioreront la vie des gens.
Dans l'une de vos interviews, vous avez remarqué que le développement des scientifiques nationaux est entravé par l'isolement à l'institut de recherche. Cette affirmation est-elle vraie pour la science étrangère? Ou s'agissait-il uniquement de science en Russie?Le système scientifique russe est l'héritage du système soviétique, qui a été emprisonné pour la guerre froide. À cette époque, il remplissait bien ses fonctions: la science soviétique était citée dans le monde au plus haut niveau. Et lorsque la guerre froide a pris fin, le soutien de l'État à la science s'est fortement affaibli, son financement a diminué. En conséquence, la science russe a hérité de la science soviétique non pas les meilleures, mais les pires caractéristiques - en particulier, son isolement. Pendant de nombreuses années, les gens ont fait la même chose, interagissant très faiblement avec le monde extérieur et avec la science mondiale. L'une des raisons est qu'un scientifique russe obtient un poste permanent à un stade précoce de sa carrière. Par exemple, un étudiant diplômé est garanti un emploi pour le reste de sa vie. Il s'avère que cela n'a aucun sens d'apprendre quelque chose de nouveau, de prouver au monde que vous valez quelque chose - vous pouvez vous asseoir dans cet institut de recherche, recevoir un petit salaire et vivre comme une personne ordinaire.
À cet égard, j'aime l'approche de la science internationale, où une personne de moins de 30 à 40 ans n'a pas de poste permanent. En conséquence, il est motivé à continuer la recherche, à travailler. Si un scientifique cesse de donner quelque chose de nouveau sur la montagne - il sera simplement à la poubelle. Oui, une telle pression est un moteur désagréable, mais c'est le moteur non seulement de l'homme, mais de la science elle-même.
En outre, dans un système étranger, une personne, en règle générale, effectue diverses étapes de sa carrière - jusqu'à ce qu'il obtienne un poste permanent - dans différents groupes, universités, souvent dans différents pays. En conséquence, chacun est porteur d'une expérience unique et d'idées uniques qui peuvent être synthétisées comme aucune autre.
L'éducation en ligne peut-elle être efficace en tant que source alternative de connaissances?Je crois que l'éducation en ligne est l'avenir de l'éducation. Je maîtrise moi-même les cours en ligne d'apprentissage automatique. La méthode fonctionne bien - je suis prêt à constater moi-même l’efficacité.
À l'institut, il y a un conférencier dans un auditoire de 200 personnes, diffuse quelque chose et les étudiants dorment. À quoi ça sert? Il y a un transfert d'informations dans une direction, sans rétroaction.
Il est clair que les conférences sont indispensables. Mais alors pourquoi ne pas trouver le meilleur conférencier au monde qui lira en ligne non pas pour 200 personnes, mais pour 20 mille personnes. L'auditeur peut arrêter sa conférence à tout moment, réfléchissez-y; écoutez le matériel quand cela vous convient, quand il y a une humeur. Le rôle du professeur et de l'enseignant à l'université va changer: ce ne sera pas de la diffusion, mais de l'éducation interactive - des séminaires dans lesquels l'étudiant pourra directement communiquer avec l'enseignant, apprendre de son expérience et obtenir des réponses à ses questions.
L'éducation en ligne est efficace lorsqu'elle est combinée avec une éducation à temps plein. J'espère que le concept changera dans cette direction: plus d'interaction et de conférences - en ligne.
Quelle est votre motivation pour donner des conférences publiques?Cela concerne le sujet de l'isolement que vous avez demandé. Un scientifique a généralement tendance à s'enfermer dans sa confortable tour d'ivoire - à rechercher ce qui l'intéresse et deux ou trois personnes partout dans le monde, à publier des articles que seul ce couple lira. Faire bouillir dans votre jus. Et si nous le devenons, cessons de communiquer avec le monde, alors à quoi nous sert-il? Par conséquent, je crois que notre devoir est de transmettre la science aux masses. Non seulement dans le but altruiste de l'éducation publique, mais aussi pour ne pas oublier de nous demander quels bénéfices nos activités apportent au progrès et à l'humanité.
Quelle sera votre conférence scientifique populaire à la conférence sur la technologie quantique le 1er mars?Dans la première partie de la conférence, je dirai quelques mots sur les bases de la physique quantique basée sur les photons - particules élémentaires de lumière. Et aussi sur les paradoxes quantiques. Je m'intéresse à ce sujet. Il montre à quel point la physique quantique est incroyable, à quel point les conséquences sont incroyables pour des changements apparemment simples dans le concept du monde.
La deuxième partie de la présentation sera consacrée à des exemples de technologies quantiques: l'informatique quantique, la cryptographie quantique, la chronométrie quantique et les capteurs.