Квантовые технологии в России. Обзор рынка
В России работает компания Сконтел, известная тем, что стала одним из признанных лидеров в области квантовых технологий. Парадоксально, но в самой РФ специалисты совсем недавно обратили пристальный взгляд на инновационное направление.
Компания берет свое начало в 2004 году. У истоков Сконтел стоял профессор Московского педагогического государственного университета Григорий Гольцман, который вместе со своими студентами открыл технологическое предприятие. Бизнес стал развиваться настолько успешно, что продукцией компании пользуются даже в NASA. Товары оказались востребованы мировыми технологическими гигантами, среди которых IBM или Toshiba. Наконец, учебные заведения также закупали продукцию. Этим, например, отметился Принстон и Оксфорд. Руководство Сконтел сообщает о доминировании на мировом рынке до такой степени, что ни один другой производитель не может предложить аналогичный товар.
Вячеслав Вдовин, доктор физико-математических наук, а также главный научный сотрудник Института прикладной физики РАН, говорит о существовании компаний, которые могут предлагать рынку продукцию мирового уровня. Про Сконтел нельзя сказать подобного. Причина в том, что именно это предприятие, в конечном счете, определяет параметры продукции мирового уровня. Сконтел задает тренд, остальные лишь пробуют угнаться за российскими предпринимателями.
Фундамент квантовых технологий
Квантовые технологии невозможно развивать, если отсутствуют высокоточные элементы. Проиллюстрировать этот факт можно на примере квантовой связи. Для передачи одного бита в данном случае требуется всего лишь один фотон, который посылает по оптоволокну. Для сравнения: современные технологии связи требуют использования миллионов фотонов. В результате квантовое соединение демонстрирует высочайший уровень защиты, незаметное подключение становится полностью невозможным. Пользователь мгновенно узнает об этом, получив соответствующее уведомление.
Недостаток квантовой связи — продолжение ее достоинств. Для поимки единственного фотона требуется наличие высокочувствительных приборов. На современном уровне технологического развития речь идет о крайне дефицитном и дорогом оборудовании. Отмечается, что однофотонные детекторы есть в наличии всего у шести компаний по всему миру, включая Сконтел.
Наши соотечественники предлагают в качестве подобных детекторов использовать мельчайшие пластинки, с площадью пять на пять миллиметров. Требуется приложить много сил, чтобы предложить рынку указанный продукт. Для этого следует провести напыление пленки в несколько атомных слоев. Толщина такого напыления составляет не более 5 нанометров.
Затем формируется нанонить, которую невозможно увидеть невооруженным глазом. Ширина такой нити составляет всего 100 нанометров, а вот длина уже достигает миллиметровых величин. Именно эта нить требуется для фиксации каждого отдельного фотона. Отмечается, что для корректной работы требуется поддержание сверхнизких температур, которые приближаются к абсолютному нулю. Для достижения указанной задачи применяется специальный криостат, представляющий собой специальный металлический цилиндр. Внутри указанной продукции и располагается холодильный аппарат, который способен поддерживать требуемый уровень температуры.
В результате российской компании удалось предложить рынку сложные системы регистрации одиночных фотонов. Помимо детекторов и охлаждения, продукция включает в себя ряд других дополнительных вещей.
Три четверти продаж приходится на сложные системы, в состав которых входит все необходимое. Данила Кудревский говорит, что сами по себе детекторы обычно покупают клиенты, которые ранее обзавелись сложной системой. В этом случае требуется добавить очередной детектор из Сконтел. Дело в том, что в предлагаемых счетчиках может быть сразу много детекторов. Теоретически, обойтись можно и одним, обеспечив одноканальную систему. Если нужно больше, допускается установка до шестнадцати счетчиков. Отмечается, что даже одноканальная установка обойдется приблизительно в 60 тысяч евро.
Дополнительно может потребоваться добавить примерно 15% от стоимости за охлаждение. Отмечается, что данные устройства могут быть подключены к другому оборудованию, работать как составной элемент.
Рост рынка квантовой индустрии
Ранее только 10% произведенных изделий оставалось на территории России. Когда компания только появилась, заинтересованность в продукции проявили Соединенные Штаты. Отмечается, что сотрудничество резко стало сокращаться после 2014 года. Несмотря на снижение спроса со стороны представителей США, остаются партнерские отношения с Германией, Израилем, Китаем, Японией и рядом других государств. В частности, началось активное сотрудничество с Индией в этом году. Первую партию систем регистрации фотонов индийские партнеры уже успели получить, подключить и настроить.
Григорий Гольцман отметил, что в западных странах развитие квантовых технологий идет уже третье десятилетие, в то время как в России ничего подобного не было. Все изменилось приблизительно пять лет назад, когда государство начало вкладывать собственные деньги в развитие указанных отраслей. Проблема в том, что ликвидировать отставание от передовых разработок может быть сложно. Сконтел — единственное предприятие, которое выпускает необходимую элементную базу.
Чаще всего продукция приобретается для научных изысканий. Генеральный директор подчеркивает: лишь пять процентов рынка относится к чему-то другому, помимо научного приборостроения. Это одинаково верно как для российских, так и для зарубежных компаний. Разработка приборов — необходимый промежуточный этап перед созданием квантового компьютера, с помощью которого можно проводить необходимые вычисления.
Оставшаяся доля рынка — реализация изделий для применения на практике. Среди таких покупателей можно выделить партнеров из Тайваня, которые сами производят технологические продукты. Для правильного тестирования производимых устройств понадобились системы Сконтел. В КНР уже создана линия квантовой связи, чья длина превышает 800 километров, при создании применялись устройства российского производителя.
Отмечается, что предлагаемые счетчики обязательно окажутся востребованными при создании квантового компьютера. По состоянию на 2022 год, работа над перспективной технологией ведется во множестве стран и по разным направлениям.
Ожидается, что квантовый компьютер на порядки превзойдет по своей вычислительной мощности современные системы. С помощью указанных машин не составит труда проводить даже самые сложные расчеты и расшифровывать данные. Достаточно проиллюстрировать на простом примере. В 2020 году ученые КНР смогли создать квантовую систему, которая решила сложнейшую задачу всего за 200 секунд. Если бы этим занимался самый мощный суперкомпьютер из существующих сейчас, процесс бы занял примерно 2,5 миллиарда лет. В РФ реализуется программа по дорожной карте «Квантовые вычисления». На реализацию планируется выделить 23,6 миллиарда рублей.
Отмечается, что Центр квантовых технологий МГУ также проявил интерес к продукции Сконтел, приобретя соответствующие детекторы. Станислав Страупе, старший научный сотрудник указанного Центра сообщает, что прямо сейчас, в настоящий момент, ведутся разработки по созданию квантовых компьютеров для проведения вычислений. Это означает, что информация кодируется в фотоны, а для прочтения нужны хорошие детекторы.
Центр квантовых технологий оформил сразу крупный заказ, который включает в себя четыре модуля, а каждого при этом имеется сразу восемь детекторов. Страупе объяснил свой выбор компании тем, что таким образом удобно заказывать и получать сервисное обслуживание. Если производитель рядом, практически не надо никуда ехать.
Казанский научный центр РАН также принимает участие в реализации дорожной карты. Курирует выполнение проекта РЖД. Отмечается, что именно здесь предполагается применять указанные детекторы. Директор Казанского научного центра Алексей Калачев подчеркивает отличные потребительские свойства детекторов как главную причину того, что использовать решено именно их.
Институт прикладной физики РАН также хорошо отзывается о работе Сконтел. Отмечается, что сотрудники российского производителя готовы помочь разобраться со своей продукцией даже в том случае, если эта работа выходит за рамки гарантийных обязательств. Вячеслав Вдовин отмечает, что когда речь идет о новой продукции, это очень важно, поскольку рынок еще не успел сформировать необходимые стандарты.
МИСиС, вместе с Григорием Гольцманом разрабатывает инновационную видеокамеру, которая способна легко снимать даже в условиях полной темноты. Секрет кроется в возможности улавливать инфракрасные фотоны. Отмечается, что почувствовать пользу создаваемого устройства сможет каждый человек на планете. Чтобы аппарат работал, ему обязательно потребуется детектор от Сконтел.
Отмечается, что квантовые технологи востребованы медициной. Например, сейчас планируется создание системы, которая будет способна обнаруживать рак на самой ранней стадии. Для этого планируется ввести в организм фотосенсибилизатор. Речь идет о специальном веществе, которое присутствует в раковых клетках. Результат — излучение невидимого глазу, но заметного для детектора света.
Сложности
Детекторы с криостатами компания производила сама. Проблема была лишь с криоголовками, которые покупались в Японии, но после февраля 2022 года сотрудничество было прекращено. К счастью, в КНР отыскались комплектующие, которые ничем не уступали по качеству японским.
Кудревский говорит даже о случаях, когда детали были оплачены, но не были доставлены. Например, подобное случилось с поставщиками из Польши. К счастью, даже полная потеря денег не скажется слишком серьезно на работе компании.
Остаются проблемы с оборудованием. Пока что хватает существующих запасов, но неизвестно, что будет завтра. Среди таких изделий можно указать на литограф, который ранее делался только в Германии и Японии. Теперь купить изделия не представляется возможным. Проблема и в том, что если наладить отечественное производство, западные компании успеют уйти веред.
Экспорт также усложнился. Проблема в сложностях оформления документов в России, а также в трудностях западных компаний. Неизвестно, сумеют ли они корректно платить за товары на российские счета.
Кудревский, впрочем, настроен оптимистично. Даже если поставки на мировой рынок упадут, всегда можно компенсировать внутренним потребителем.
РЖД уже подчеркивает: квантовая связь между двумя российскими столицами потребовала заграничных детекторов. Следующие линии будут использовать отечественные разработки.
