Квантовые технологии

«Мы сделаны из атомов, как и все остальное. Теми, кто мы есть, делает нас способ,
которым эти атомы обрабатывают информацию и совместно ведут вычисления.
Мы – прах, но мы – вычисляющий прах.»
Сет Ллойд,
«Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки», 2006 г.

ФАКТОР КВАНТУМА
Открытие квантовой механики в начале XX века и последовавшая за ним «первая квантовая революция» привела к появлению лазеров, транзисторов, ядерного оружия, а впоследствии – мобильной телефонной связи и интернета.

Квантовые технологии «первой революции», основанные на управлении коллективными квантовыми явлениями, прочно вошли в нашу повседневность. Они применяются в компьютерах, мобильных телефонах, планшетах, цифровых камерах, системах связи, светодиодных лампах, МРТ–сканнерах, микроскопах и многих других приборах.

В конце XX века ученые научились управлять сложными квантовыми системами на уровне отдельных частиц, например, атомов и фотонов. Это открыло эпоху «второй квантовой революции», в самом начале которой мы сегодня живем.

Технологии, которые позволяют манипулировать индивидуальными квантовыми объектами, объединены в термин «квантовые технологии».

Квантовые технологии — технологии создания вычислительных систем, которые основываются на новых принципах (квантовых эффектах) и позволяют кардинально изменить способы передачи и обработки больших массивов информации. Квантовые технологии основываются на способности управлять сложными квантовыми системами на уровне отдельных частиц.

Сфера квантовых технологий настолько широка, что охватывает и криптографию, и сенсоры, и вычисления, и коммуникацию. Поэтому квантовые технологии принято делить на три основные субтехнологии.
- Квантовые вычисления объединяют новый класс вычислительных устройств. Для решения задач они используют принципы квантовой механики. Квантовый компьютер даст многократное ускорение по сравнению с «классическим» и будет способен выполнять расчеты такой сложности, которая недоступна современным суперкомпьютерам. Примерами являются сферы кибербезопасности, искусственного интеллекта и создание новых материалов.

- Квантовые коммуникации. Это технология криптографической защиты информации. Для передачи ключей она использует индивидуальные квантовые частицы. Передаваемую информацию невозможно перехватить, так как этому препятствует сама природа явления квантовой запутанности, которое используется при передаче. Главное преимущество квантовых коммуникаций – абсолютная защищенность информации, гарантированная законами физики.

- Квантовые сенсоры и метрология представляют собой совокупность высокоточных измерительных приборов, основанных на квантовых эффектах. Высокая степень контроля над состоянием отдельных микроскопических систем позволяет создавать сверхточные квантовые сенсоры с пространственной разрешающей способностью, сравнимой с размером одиночных атомов. Высокочувствительные сенсоры и детекторы необходимы для развития квантовой коммуникации, они способны улучшить возможности «классических» типов связи, в том числе космической. Квантовые сенсоры значительно повысят доступную сегодня точность и разрешение измерения в широком круге отраслей – от медицины и биотехнологий до астрономических наблюдений.

ПЕРСПЕКТИВЫ НА РЫНКАХ

Одной из главных тенденций рынка станет применение квантовой сенсорики в медицине. Использование высокоточных сенсоров будет востребовано в цитологии и создании новых медицинских устройств для диагностики и лечения онкологических и других заболеваний. Растущий спрос на Интернет вещей также стимулирует рост рынка квантовых сенсоров.

Сегодня в большинстве стран главным потребителем квантовых технологий являются государство и финансовая индустрия. Это объясняется стратегической важностью квантовых технологий для обеспечения защищенности интересов государства, например, безопасности в информационной сфере. Квантовые технологии  востребованы в здравоохранении, строительстве, сельском хозяйстве и промышленности, транспортной и энергетической инфраструктуре, в городском хозяйстве и финансовом секторе.