Квантовый взрыв

Как можно находиться в двух противоположных состояниях одновременно? Как вещи, сильно удаленные друг от друга, могут вести себя как один объект? Как получается, что невозможно измерить что-либо, не разрушив сам предмет исследования, а результат измерения все равно будет случайным? Так выглядят три фундаментальных парадокса квантовой механики, больше напоминающие магию. Но они описывают реальное поведение вещества на уровне атомов, электронов и фотонов. Первый известен как "суперпозиции состояний", второй — "квантовая сцепленность", третий — "принцип неопределенности Гейзенберга". Различные и менее парадоксальные квантовые явления лежат в основе многих привычных технологий — старинных (серебряная фотография), старых (лазеры) и новейших (гигантское магнетосопротивление, позволившее создавать терабайтные винчестеры). Эти технологии стали массовыми и прибыльными. Однако главная интрига квантового мира — три первых парадокса — долгое время не покидала стен лабораторий. Сам вопрос, как можно зарабатывать на этих парадоксах деньги, звучал просто нелепо. Никак. 
 

Но первый квартал 2013 года прогремел несколькими сделками, подтверждающими, что настоящая квантовая магия наконец пришла на рынок. Квантовые парадоксы начали зарабатывать сотни миллионов долларов сейчас, и обещают сотни миллиардов в ближайшем будущем. Квантовая суперпозиция позволила компьютеру компании D-Wave работать в 3600 раз быстрее, чем конкуренты. Благодаря этому решение было куплено Google за $15 млн и подняло дополнительно $30 млн венчурного капитала. Принцип неопределенности помог швейцарской компании ID Quantique заключить многомиллионную сделку с крупнейшим вендором шифровального программного обеспечения Cryptsoft. Скоро квантовая криптография будет обеспечивать безопасность путешествий по Всемирной сети. Квантовая сцепленность, позволяющая в рекордные десятки раз повысить чувствительность радаров, только этой весной принесла компании BBN $2,1 млн от оборонного ведомства. 

В конце прошлого года старший партнер венчурного фонда Runa Capital, совладелец компаний Parallels и Acronis Сергей Белоусов с партнерами создали первый в мире специализированный фонд Qwave, полем деятельности которого стало инвестирование в квантовые технологии. 

Белоусов говорит, что интересовался ими еще с институтских времен. "Еще 10 лет назад сложно было представить, что квантовые технологии станут рыночным продуктом, настолько все, что с ними связано, было сложно и казалось абстрактными научными рассуждениями". 

В июне этого года фонд объявил о трех инвестициях: в эстонскую компанию Clifton, американскую Centice и российскую "Фотонные нано-мета технологии". Общий объем инвестиций в три проекта составил $7 млн. Ранее Белоусов заявлял, что планирует довести размер фонда до $100 млн. Возможно, высокие технологии, становясь массово доступными, вступают в стадию очередного фазового перехода, на этот раз квантового. То, что еще несколько лет назад казалось фантастикой, становится сегодня рыночным продуктом. СФ решил обозначить реальных игроков рынка квантовых технологий, претворяющих квантовую магию в новые знания, новые устройства и новые капиталы. 

   

Компания: "Фотонные нано-мета технологии" 

Сфера: нанофотоника, оптические процессоры, квантовые коммуникации 

Принцип: дискретное испускание фотонов в наноалмазе 

Продукт: источник одиночных фотонов, в виде микрочипа 

Фаза: исследовательские работы 

Деньги: 40 млн руб. венчурного финансирования привлекла компания от фонда "Сколково" и венчурного фонда QWave 

Цитата: "Через пять лет рынку потребуется 200 тысяч источников одиночных фотонов в год", Андрей Смолянинов, генеральный директор компании "Фотонные нано-мета технологии" 

Свет — это поток фотонов. Но даже в мгновенной вспышке их будет астрономическое количество. "Выстрелить" одиночным фотоном до недавнего времени было лишь лабораторной задачей. Все изменило развитие систем оптических телекоммуникаций, использующих квантовые эффекты (см. "Разрушители квантов"). Для таких систем потребовались источники одиночных фотонов. Спрос на эти устройства уверенно растет, а технические требования постоянно ужесточаются. Подобные установки разрабатывает компания "Фотонные нано-мета технологии". У нее есть ноу-хау, позволяющее строить миниатюрные и производительные генераторы одиночных фотонов. Генеральный директор компании Андрей Смолянинов с оптимизмом заглядывает на два года вперед, когда планируется изготовить первую партию из нескольких тысяч микросхем стоимостью примерно $200-300 каждая. Впрочем, через два года спрос на источники одиночных фотонов может вырасти на порядок. Их потребителями станут также производители оптических процессоров, в которых обработка информации осуществляется посредством световых, а не электронных импульсов (об успехах этой технологии рапортует IBM), а также, возможно, квантовых компьютеров. Поэтому к 2018 году компания планирует производить уже до 200 тыс. чипов, как на собственной площадке, так и на сторонних — через продажи лицензий. Компания, где работает 15 человек, уже привлекла 40 млн  руб. венчурного капитала, из них 30 млн руб. предоставлены фондом "Сколково" и 10 млн руб.— венчурным фондом QWave. 

Первый прототип устройства, на разработку которого будут потрачены эти деньги, компания обещает представить через два года. 

  

Компания: QD Vision 

Сфера: новые материалы 

Принцип: дискретное возбуждение электрона в наночастице 

Продукт: квантовые точки 

Фаза: промышленное производство 

Деньги: $7,5 млрд — объем рынка квантовых точек к 2022 году, по оценке исследовательской компании MarketsandMarkets 

Цитата: "Наш Color IQ изменил правила игры целой индустрии", Джейсон Карлсон, CEO QD Vision 

В 2010 году Джейсону Карлсону, СЕО компании QD Vision, потребовались пророческое чутье и определенная наглость, чтобы переориентировать стартап, основанный докторами наук из MIT, с перспективного рынка полупроводниковых светильников на проблемный рынок жидкокристаллических дисплеев (LCD). Рынку LCD тогда предрекали смерть от нового фаворита — дисплеев на органических светодиодах (OLED). Но уже через два года из-за технических проблем и дороговизны производства больших OLED-матриц, фаворит превратился в неудачника. На сцену вышли LCD-дисплеи на квантовых точках — крохотных полупроводниках, размером от нескольких десятков до нескольких сотен атомов. Одно из интересных свойств квантовой точки в том, что параметры ее излучения зависят от размера и формы точки. Ученые научились довольно точно управлять этими параметрами, а следовательно, получили источники света с тонко настраиваемыми характеристиками. Одна из перспективных сфер применения квантовых точек — дисплеи, заметно превосходящие OLED по цветовой насыщенности, яркости и контрастности. Они потребляют меньше энергии, но главное — они дешевле и проще в производстве. Выпущенный этой весной 55-дюймовый Full HD телевизор Sony с дисплеем на квантовых точках, поставляемых QD Vision, стоит $2,6 тыс., в то время как аналогичный по размеру OLED-телевизор от LG — $13,5 тыс. В 2011 году, инвестируя в российского игрока на рынке квантовых точек, компанию QDLight, 35 млн руб., "Роснано" прогнозировала рост рынка до $250 млн к 2015 году. Сейчас этот прогноз увеличен до $670 млн. К 2022 году рынок квантовых точек, по оценке MarketsandMarkets, составит $7,5 млрд. Отлаженная технология производства квантовых точек для ЖК-дисплеев и хорошие прогнозы позволили QD Vision привлечь $55 млн венчурного капитала и увеличить штат сотрудников с 30 до 150 человек. 
  

 

Компания: ID Quantique 

Сфера: принцип неопределенности Гейзенберга 

Принцип: случайная природа квантовых процессов 

Продукт: криптоплатформа Cerberis 

Фаза: промышленное производство, экспансия на рынок 

Деньги: $845 млн — объем рынка квантовой криптографии в 2015 году, по прогнозу Global Industry Analysts 

Цитата: "Мы возвращаем деньги, выделенные на лабораторные исследования, в течение 6-12 месяцев", Грегуар Риборди, CEO ID Quantique 

Квантовая криптография основывается на принципе неопределенности, сформулированном в 1927 году Вернером Гейзенбергом. Принцип свидетельствует, что невозможно одновременно получить координаты и импульс частицы. Соответственно, невозможно измерить один параметр фотона, не исказив другой. Если квантовый сигнал несет информацию, то стремление получить ее означает попытку измерения. Это вносит искажения в квантовую систему и приводит к ее разрушению. В итоге, используя квантовые явления, можно создать систему связи, которая всегда будет в состоянии обнаруживать подслушивание. 

Единственный сегодня поставщик коммерческих криптоквантовых решений для рынка телекоммуникаций, банковского и промышленного сектора — швейцарская компания ID Quantique, в которой работает 20 человек. Продемонстрировав первый коммерческий квантовый криптомодуль в 2003 году, в 2011-м она завершила тестирование своего флагманского продукта — квантово-криптографической платформы Cerberis, благодаря которой собрала обширное бизнес-портфолио внедрений. Cerberis поддерживает квантовые криптоканалы протяженностью до 100 км из-за ограничения, накладываемого мощностью источников одиночных фотонов. Впрочем, этой дистанции пока достаточно, чтобы банки не оставили хакерам шансов, копируя свои базы данных в резервные дата-центры. 

Начинка Cerberis не главное ноу-хау швейцарцев, которые продают не столько "квантовый ящик с проводами", сколько конкретные решения по встраиванию криптомодулей в уже работающие системы телекоммуникаций. Никто из конкурентов похвастаться этим пока не может. 
 

  

Компания: BBN 

Сфера: системы дистанционного обнаружения 

Принцип: квантовая сцепленность 

Продукт: квантовый радар 

Фаза: исследовательские работы 

Деньги: $2,1 млн — грант министерства обороны США 

Цитата: "Квантовый радар — тот случай, когда реальная наука стоит на рубеже научной фантастики", Александр Сергиенко, профессор физики, Университет Бостона 

У компании BBN отличный послужной список. Здесь придумали пакетный принцип передачи данных, который лег в основу сети ARPAnet, предшественника интернета, электронную почту и даже символ @ для адресации электронных писем. Также в BBN давно и активно работает отдел QuIP — он разрабатывает технологии квантовой обработки информации. Курируемые BBN направления включают джентльменский "квантовый набор" большой технологической компании, стабильно субсидируемой военными и спецслужбами. Это квантовые вычисления в сверхпроводящих контурах, микроволновая оптика, масштабируемые квантовые сети и квантовая криптография. Сверхчувствительные оптические сенсоры были еще одной позицией в этом списке. Но лишь до того момента, когда в BBN решили испытать эксцентричную идею квантовой подсветки, сформулированную в 2008 году Сетом Ллойдом, физиком из Массачусетского технологического института. Идея заключалась в использовании сцепленных фотонов вместо обычного лазерного луча, сканирующего удаленные объекты. Понятие "сцепленных", или "запутанных", частиц родилось в дискуссии Альберта Эйнштейна и Макса Борна, обсуждавших явление, когда квантовые состояния объектов оказываются взаимозависимы и изменение одного приводит к изменению другого. По идее Ллойда, использование запутанных фотонов должно существенно повысить точность радаров. Достигается это за счет отсева отраженных от цели фотонов, потерявших сцепленность со своими двойниками из-за действия шума — вечной головной боли конструкторов систем слежения. Система из сцепленных фотонов порождает больше информации за счет второго фотона-двойника, и ее можно использовать для отделения шума от сигнала. Идеей тут же заинтересовалось агентство передовых военных разработок DARPA, выделившее BNN $2,1 млн на исследования в области квантовых радаров. 

Компания: D-Wave Systems 

Сфера: квантовые вычисления 

Принцип: квантовая сцепленность, суперпозиция 

Продукт: квантовый компьютер 

Фаза: коммерческие образцы 

Деньги: $26 млрд — совокупный рынок квантовых вычислений в 2015-2020 годах, по прогнозам Market Research Media 

Цитата: "Просчитать оптимизацию — овладеть ключом к благополучию", Джорди Роуз, основатель D-Wave Systems 

Кубиты, или квантовые биты,— строительные кирпичики квантового компьютера, собрав которые, можно объявлять о начале новой эры в компьютерной индустрии. В отличие от битов, принимающих два значения (0 и 1), кубиты принимают несколько значений одновременно. Набор кубитов, находящихся одновременно во всех возможных состояниях, становится эффективной моделью для вычислений, связанных с вероятностными процессами, многомерными системами. Подобные вычисления на обычном компьютере длились бы крайне долго. Вычислительная мощность квантового компьютера определяется количеством кубитов. До недавнего времени в лабораторных условиях формировались квантовые компьютеры в виде системы из трех-четырех кубитов. Однако канадская компания D-Wave Systems регулярно заявляла о создании коммерческой версии такого компьютера из 16, 128 и, совсем недавно, из 512 кубитов. Споры о том, можно ли считать устройство D-Wave истинно квантовым компьютером, не утихают до сих пор. Недавние независимые тесты показали, что большой охлаждаемый специальной криогенной установкой черный шкаф с надписью D-Wave справляется с особо сложными задачами по оптимизации данных в тысячи раз быстрее обычных компьютерных систем. Ученые из Лондонского института физики признали этой весной, что в чипах D-Wave наблюдаются квантовые эффекты. Все это сподвигло основателя Amazon.com Джеффа Безоса и подрядчика ЦРУ In-Q-Tel инвестировать в D-Wave $30 млн, а Google и NASA — создать партнерство по совместному использованию компьютера D-Wave. Есть у компании и две сделки: ее решения уже приобрели Google (за $15 млн) и Lockheed Martin ($10 млн).
   

 
  

Источник: kommersant.ru