Российский Квантовый Центр Russian Quantum Center

Quantum Technologies / Квантовые технологии

Двадцатый век дал нам квантовую теорию, которая объясняет устройство материи, от простого атома водорода до сложных материалов. Это понимание привело не только к ряду Нобелевских премий, но и к созданию компьютерных микросхем и к Информационному Веку. В последние пятьдесят лет компоненты компьютеров уменьшались в два раза каждые полтора года, обеспечивая технологический бум современного общества. Но это уменьшение означает, что размеры компьютерных компонент, всё ближе приближаются к атомным. И тогда квантовая механика накладывает фундаментальный предел, дальше которого развивать традиционные технологии уже невозможно. Вопрос не в том, упрёмся ли мы в квантовый предел, а в том, когда мы в него упрёмся. The twentieth century gave us quantum theory, which explains the organization of matter from the simplest hydrogen atom to most complex materials. This understanding has led not only to a number of Nobel Prizes, but also to the creation of computer chips and to the Information Age. Over the last fifty years, the size of computer components halved every eighteen months, creating the technological boom of modern society. After over fifty years of computer components decreasing in size, we have begun to approach atomic dimensions. At this point, quantum mechanics imposes a fundamental limit, beyond which any further development of traditional technology is no longer possible. It is not a question of if we will ever hit this quantum limit, but when we will hit it.


Если мы не можем подавлять квантовые эффекты, их надо использовать. Чтобы двигаться дальше в 21-м веке нам недостаточно использовать то, что нам легко доступно в природе. Нам необходимо активно использовать квантовую механику чтобы изменить сами квантовые свойства физического мира. Для этого необходимо создать приборы и устройства использующие законы квантовой механики на принципиально новом уровне. Thus if we cannot suppress the quantum effects, we should learn to use them. In order to move forward in the twenty-first century, it is not enough for us to use whatever is readily available in nature. We should actively use quantum mechanics in order to amend the quantum properties of the physical world as we need them to be. To accomplish this, we require a new generation of new devices that utilize the laws of quantum mechanics at a new level.


Что могут дать такие квантовые технологии? Квантовые компьютеры умеренного размера с нескольким десятком тысяч битов смогут эффективно решать задачи, которые являются очень сложными для классических (современных) компьютеров. Например, квантовые компьютеры можно использовать для решения задачи о высокотемпературной сверхпроводимости. Решение этой задачи может в корне изменить то, как мы передаем и используем электроэнергию. Но еще раньше квантовые технологии позволят создать сверхчувствительные магнитометры, основанные на квантовых эффектах и свехточные системы навигации, которые позволят полностью исключить необходимость водителя-человека. Квантовые сенсоры помогут разобраться в структуре синаптических связей головного мозга человека, сделав возможным лечение его болезней, а в перспективе — искусственное сознание. Коммуникации же на основе квантовой технологии, которые позволяют достичь абсолютной конфиденциальности передаваемой информации, уже использовались во время федеральных выборов в Швейцарии (2008) и чемпионата мира по футболу в Южной Африке (2010). What can such quantum technology give us? Quantum computers of moderate size (several tens of thousands of bits) can effectively solve problems that are very difficult for classical (modern) computers. For example, they can resolve the mystery of high-temperature superconductivity, which can radically change the way we transmit and utilize energy. Even sooner, quantum technology will create ultrasensitive magnetometers based on quantum effects and super-precise navigation systems that will completely eliminate the need for the human driver. Quantum sensors will help us understand the structure of synaptic connections of the human brain, allowing us to cure its diseases, and in a more distant future to construct artificial consciousness. Communications that are based on quantum technologies, which permit us to reach perfect confidentiality of the transmitted information, have already been used for practical applications, for example, during the Swiss Federal Elections in 2008 and the Soccer World Cup in South Africa in 2010.


Революция, которую квантовые технологии произведут в нашем обществе, сравнима по масштабу с той, которую полупроводниковая электроника произвела во второй половине двадцатого века. И эта революция произойдёт в течение одного поколения. Приведение технологии в соответствие новым требованиям квантового века станет огромной проблемой для физиков, инженеров и программистов. Поэтому имеет смысл не откладывать эту работу до тех пор "пока гром не грянет", но начинать разработки новых концепций, интуиции и технологии квантового века, которые заменят свои классические аналоги, уже сегодня. Quantum technologies will revolutionize our society in the same way that semiconductor electronics revolutionized it in the second half of the twentieth century. There is little doubt it is to happen within this generation. We can expect the task of aligning the theory and practice of technology to the new requirements of the quantum age to be an enormous challenge to physicists, engineers, and computer scientists. Therefore it is wise not to delay this work, but to begin today elaborating the new concepts, intuition, and technologies of the quantum age that will replace their classical counterparts.



Lecture Courses | Курсы лекций