В рамках Международного форума «Мировая
атомная неделя» («World Atomic Week») прошла панельная дискуссия «Прекрасное не далеко.
Квантовый мир завтрашнего дня». Ее участники обсудили перспективы влияния
квантовых технологий на различные сферы экономики и жизнедеятельности человека.
Был представлен опыт применения квантовых новаций в российской атомной отрасли
и отмечены дальнейшие перспективы развития квантовых вычислений.
По оценкам экспертов, внедрение
квантовых технологий в мире находится на начальном этапе и количество
охваченных задач невелико. Но в индустрии крепнет уверенность, что уже в
ближайшие 5-10 лет квантовое преимущество будет достигнуто, а использование
квантовых методов станет повсеместным. Для более активного воплощения квантовых
новаций необходимо, чтобы наряду с учеными, в программы внедрения квантовых
технологий включились представители инженерных школ, промышленности, социальной
сферы и бизнеса.
Атомная отрасль одной из первых начала реализацию программы внедрения квантовых вычислений: ученые квантового проекта «Росатома» совместно со специалистами различных дивизионов ведут поиск конкретных промышленных задач, которые приоритетно будут решаться с помощью квантовых процессоров. В рамках инновационного проекта атомной отрасли «Прорыв» впервые решена модельная задача теплопереноса на реальном квантовом компьютере – 50-кубитном ионном квантовом вычислителе, разработанном в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям и расположенном в Физическом институте имени П.Н. Лебедева (ФИАН). Ученые совместно со специалистами «Прорыва» решили систему линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) для расчета задачи теплопереноса. Доступ к квантовому компьютеру был осуществлен через облачную платформу квантовых вычислений, также разрабатываемую в рамках квантового проекта «Росатома».
Директор по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом» Екатерина Солнцева: «Практика применения квантовых технологий в мире только набирает обороты, и мы внимательно следим за новыми кейсами из разных сфер экономики, где квантовые вычисления уже приносят пользу. Замечу, что наиболее востребованы «квантовые» задачи в сегменте математического моделирования. В рамках программы внедрения квантовых вычислений в атомной отрасли мы также протестировали квантовые вычислители для усиления CАЕ-систем. И первое применение реального квантового компьютера для индустриальных задач атомной отрасли показало хороший результат. Пока речь идет о задаче небольшой размерности, но ее успешное решение вселяет оптимизм в перспективы применения квантовых вычислений в промышленности».
Директор по цифровизации проектного направления «Прорыв» Андрей Федоровский: «Участие проекта “Прорыв” в программе внедрения квантовых вычислений обусловлено стремлением к синергии технологий будущего – атомных и квантовых. Мы продвигаемся осторожно, понимая, что квантовая сфера пока является областью поиска. Вместе с тем, фактом является успешное решение теплофизической задачи, пусть пока и очень простой, на квантовом вычислителе. Это открывает широкие перспективы по адаптации множества существующих в отрасли расчетных кодов к применению их на квантовых компьютерах и получению в будущем совершенно нового качества моделирования за счет ускорения вычислений».
Международный
форум «Мировая атомная неделя» (World Atomic Week, WAW - 2025), приуроченный к
80-летию атомной промышленности России, проходит с 25 по 28 сентября 2025 года
в Москве, на ВДНХ. Форум, организованный госкорпорацией
«Росатом», включает выставку достижений российской атомной промышленности и
партнеров. Деловая программа предусматривает следующие тематические треки:
«Доступная чистая энергия», «Промышленные инновации: усовершенствуем
производство», «Экология: сделаем планету чище», «Передовая медицина: на страже
здоровья людей», «Цифровой прорыв», «Мобильность: логистика без границ»,
«Комфортная среда», «Наука и образование: двигатель прогресса». Частью
молодежной программы (27-28 сентября) форума является научно-просветительский
марафон «Знание. Первые» от Всероссийского общества «Знание», организованный в
рамках национального проекта «Молодежь и дети». В рамках форума проходит также
II Молодежный фестиваль «Композиты без границ».
Госкорпорация «Росатом» – глобальный
технологический многопрофильный холдинг, объединяющий активы в энергетике,
машиностроении, строительстве. Включает в себя более 450 предприятий и
организаций, в которых работает около 420 тыс. человек. С 2020 года «Росатом»
отвечает за реализацию дорожной карты (ДК) по развитию высокотехнологичной
области «Квантовые вычисления». Паритетно с государством госкорпорация
вкладывает собственные внебюджетные средства в реализацию дорожной карты: общий
объем финансирования на 2020-2024 годы составил 24 миллиарда рублей, из которых
12 млрд было вложено «Росатомом». Важной задачей ДК стало создание российского
квантового компьютера - проект реализуется научными коллективами Российского
квантового центра (РКЦ), Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН),
МГУ имени М.В. Ломоносова, Университета МИСИС, МФТИ и других ведущих научных
центров. В 2024 году в рамках ДК был создан российский 50-кубитный квантовый
процессор на ионах (учеными ФИАН и РКЦ), а также прототип 50-кубитного
квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия (учеными МГУ и
РКЦ). В целом Россия, наряду с США и Китаем, находится в числе трех
стран-лидеров, создавших квантовые процессоры на всех четырех платформах,
которые считаются в мире приоритетными в качестве основы для квантовых
вычислителей - сверхпроводники, ионы, нейтральные атомы и фотоны. Важным
результатом реализации квантовой ДК является создание уникального коллектива
ученых и инженеров, в который входят более 1000 специалистов, включая порядка
600 ученых. Создание квантовых вычислителей сопровождается формированием в
России системы квантового образования, которая охватывает общее и высшее
профессиональное образование, а также усилия по переподготовке педагогического
состава. Реализация дорожной карты по квантовым вычислениям на 2025-2030 гг.
нацелена на достижение качественных эффектов развития квантовых технологий в
России. Главное в этом направлении – овладение практикой промышленного
использования квантовых технологий.
Программа внедрения квантовых вычислений, в т.ч. квантовых алгоритмов, в атомной отрасли. Запущена в 2024 году. Уже проработано 17 различных проектов с применением квантовых вычислений, по четырем из них получены оптимистичные результаты. В частности, разработаны квантовые алгоритмы и программное обеспечение для решения целого ряда задач, включая оптимизацию производства, хранения и поставки потребителям продукции; моделирование процессов теплопереноса и теплопередачи с помощью решения системы линейных уравнений; оптимизацию плана выполнения производственных заказов с учетом технологического маршрута, а также оптимизацию в цифровых двойниках производственных объектов с использованием имитационного моделирования с квантово-вдохновленным оптимизатором. Для повышения квантовых компетенций в атомной отрасли свыше 150 специалистов, в т.ч. технических директоров предприятий, уже прошли повышение квалификации в рамках соответствующих программ в Корпоративной академии «Росатома».
Примером пилотного решения задач квантовой оптимизации в промышленности является решение тестовой оптимизационной задачи долгосрочного плана производства и поставки ядерного топлива в рамках инновационного проекта атомной отрасли «Прорыв». Решение с использованием квантово-вдохновленных алгоритмов обеспечивает оптимальную загрузку производственных мощностей и эффективное распределение топлива между потребителями. При этом, по предварительным тестам, расчет в среднем занимает несколько минут, обеспечивая преимущество во времени расчетов и значительно их ускоряя. Полученные результаты показывают более качественное и точное решение задач оптимизации в планировании и производстве, а с появлением промышленного квантового компьютера многократно увеличить масштаб (размерность) решаемых задач и скорость их решения
Проект «Прорыв» – один из главных инновационных проектов в мировой атомной энергетике, реализуемый в России. Он предусматривает создание новой технологической платформы атомной отрасли на базе замкнутого ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах. Такая технология позволит исключить тяжелые аварии на АЭС, исключить эвакуацию и отселение населения при возникновении аварий на энергоблоке, вырабатывать электроэнергию без накопления облученного ядерного топлива и многократно повторно использовать отработавшее ядерное топливо, что снимет проблему ограниченности ресурсной базы атомной энергетики. В рамках проекта «Прорыв» на площадке Сибирского химического комбината (предприятие Топливной компании «Росатома» «ТВЭЛ») создается опытно-демонстрационный энергокомплекс (ОДЭК), который позволит отработать технологии, продемонстрировать замыкание ядерного топливного цикла и сделать первый шаг в построении атомной энергетики нового поколения.
