Глобальная квантовая гонка давно перестала быть идеей завтрашнего дня. Мировые технологические лидеры уже много лет реализуют программы развития квантовых вычислений. У российского квантового проекта тоже есть календарь и бюджет.
В 2020 году Правительство РФ утвердило дорожную карту «Квантовые вычисления». Ответственной за ее реализацию была определена госкорпорация «Росатом».
«Росатом» обладает серьезным научным потенциалом, мощной промышленной базой и возможностями для реализации масштабных высокотехнологичных проектов — именно поэтому госкорпорация стала координатором работы. Вместе с тем, задача по развитию квантовых вычислений стояла масштабная: был создан уникальный исследовательский коллектив, в который вошли более 600 ученых из 16 научных центров и университетов страны, в числе которых Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), Российский квантовый центр (РКЦ), МГУ им. М. В. Ломоносова, НИТУ МИСИС, ННГУ им. Н. И. Лобачевского, НИЯУ МИФИ, НИУ ВШЭ, Сколтех и многие другие.
По итогам работы к концу 2024 года в стране появились четыре действующих квантовых процессора — на ионах, нейтральных атомах, фотонах и сверхпроводниках.
Создание 50-кубитного ионного квантового компьютера означает, что Россия вошла в число мировых лидеров сферы квантовых технологий. Всего три страны, включая Россию, обладают квантовыми компьютерами на всех четырех приоритетных платформах — сверхпроводниках, ионах, нейтральных атомах и фотонах... Следующий шаг — это практическое применение квантовых вычислителей для улучшения жизни людей и придания нового качества нашей экономике.
Место России в квантовой гонке
Разработка квантового компьютера в рамках дорожной карты началась в 2020 году. Спустя три года ученые ФИАН и РКЦ на первом Форуме будущих технологий продемонстрировали Президенту России Владимиру Путину 16-кубитный квантовый вычислитель. К концу 2024-го исследователи создали прототип 50-кубитного квантового компьютера на ионах иттербия. Сегодня самый мощный российский квантовый вычислитель имеет 70 кубитов.
В целом научными группами организаций-участниц экосистемы квантового проекта «Росатома» созданы прототипы четырех квантовых вычислителей — 70-кубитный на ионах (расположен в научной лаборатории ФИАН), 72-кубитный на атомах (расположен в научной лаборатории МГУ им. М. В. Ломоносова), 35-кубитный на фотонах (расположен в научной лаборатории МГУ им. М. В. Ломоносова) и 16-кубитный на сверхпроводниках (расположен в научной лаборатории НИТУ МИСИС).
Эксперты говорят о принципиальном наращивании Россией позиций в области квантовой науки и технологий: сегодня страна входит в число первых шести стран, имеющих действующие квантовые процессоры на 70 и более кубитов, и в число трех стран (наряду с США и Китаем) с действующими квантовыми процессорами на четырех основных платформах.
В августе 2025 года ученые из ФИАН и РКЦ показали мировой рекорд в квантовых вычислениях — реализовали самый большой в мире квантовый алгоритм на кудитах. Исследователи продемонстрировали обобщенный гейт Тоффоли (многокубитную логическую операцию) на 10 ионах. На сегодняшний день это самый большой подобный гейт, зафиксированный в мировой научной литературе.
Новый этап
В августе 2025 года правительственная комиссия утвердила дорожную карту по квантовым вычислениям на новый этап до 2030 года.
Ее ключевые ориентиры следующие:
| Аппаратная цель | Разработка квантового процессора на 300 кубитов к 2030 году |
| Алгоритмы и софт | 54 новых квантовых алгоритма в дополнение к уже созданным 34* |
| Доступ и сообщество | Облачный сервис удаленного доступа к вычислениям (не менее 10 тыс. пользователей) для исследователей и разработчиков** |
| Прикладная валидация | Проверка не менее 100 научных гипотез применения квантовых вычислений в реальном секторе с формированием технических требований к решениям |
| Кадры | Подготовка 8 300 выпускников базового уровня, 2 600 магистров/специалистов и 800 аспирантов по квантовым специальностям |
| Финансирование | Совокупный бюджет около 29 млрд рублей. Это средства федерального бюджета и внебюджетные средства «Росатома» |
(*) Сфокусированных на оптимизации, химии, моделировании и анализе данных.
(**) Ожидается, что сервисы будут использовать в научных, промышленных и логистических задачах.
И главное — теперь «Росатом» начинает активное развитие практического применения квантовых вычислений.
Утвержденная новая дорожная карта по квантовым вычислениям до 2030 года ставит перед нами амбициозные цели, которые связаны как с продолжением исследований в квантовой сфере, так и с активным развитием практического применения квантовых новаций в различных отраслях промышленности. Крайне важно формирование в нашей стране квантовой индустрии, которая придаст новое качество экономике и социальной сфере. Квантовые технологии призваны стать новым ресурсом эффективности.
С 2026 года «Росатом» присоединяется к исследованиям и разработкам в области квантовых сенсоров. При координации госкорпорации и с участием ряда российских вузов и институтов планируется разработка прототипов сверхвысокоточных датчиков и устройств, использующих квантовые эффекты.
Как будут «приземлять» квантовые вычисления
Пока внедрение квантовых технологий в мире находится на начальном этапе и количество охваченных задач невелико. Но в индустрии уверены, что уже в ближайшие 5−10 лет квантовое преимущество будет достигнуто, а использование квантовых методов решения задач станет повсеместным.
Атомная отрасль первой запустила программу внедрения квантовых вычислений и уже реализует пилотные проекты для решения модельных задач. После 2030 года госкорпорация планирует представить эффекты от применения квантовых вычислений в решении производственных задач в атомной отрасли.
«В России квантовую сферу развивают индустриальные корпорации, которые имеют возможность применить квантовые технологии в решении собственных практических задач. А значит, у нашей страны есть возможность одной из первых определить подходы к применению квантовых вычислений в реальной экономике», — подчеркивает директор по квантовым технологиям госкорпорации «Росатом» Екатерина Солнцева.
На предприятиях «Росатома» уже развернуто более десяти пилотных проектов по внедрению квантовых вычислений. Приоритетно задачи касаются оптимизации, моделирования и машинного обучения.
Где ждать решения первых полезных задач
Квантовые вычисления обещают ускорение в химии (поиск материалов и молекул с нужными свойствами), фармацевтике (моделирование молекул), логистике и финансах (задачи оптимизации).
Например, упрощение моделирования поведения даже простых молекул критически важно для ускорения разработки новых лекарств и материалов. Это позволит точнее симулировать взаимодействия на квантовом уровне, сокращая время и затраты на R&D. Также квантовые решения применимы для персонализированной медицины, оптимизации портфелей и управления рисками в финансах, повышения эффективности логистики и цепочек поставок.
Чтобы квантовая практика активно развивалась, требуются компетентные специалисты. Сегодня «Росатом „Квантовые технологии“» совместно с корпоративной академией «Росатома» формирует соответствующие программы повышения квалификации, которые могут быть внедрены в других отраслях.
В числе первых пилотных проектов применения квантовых вычислений — решение задач в рамках инновационного отраслевого проекта «Прорыв».
Успешно осуществлено решение тестовой оптимизационной задачи долгосрочного плана производства и поставки ядерного топлива:
- по предварительным тестам, расчет в среднем занимает несколько минут, обеспечивая в будущем преимущество во времени расчетов и значительно их ускоряя;
- полученные результаты показывают, что использование квантовых алгоритмов потенциально может обеспечить 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.
Совсем недавно для проекта «Прорыв» ученые квантового проекта «Росатома» впервые решили модельную задачу теплопереноса на реальном 50-кубитном квантовом компьютере:
- для этого на 50-кубитном квантовом вычислителе, расположенном в ФИАН, решена система 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 госкорпорации «Росатом».
- несмотря на небольшую размерность решенной СЛАУ, полученные результаты являются важным шагом на пути к созданию квантовых вычислительных инструментов для решения индустриальных задач математического моделирования.
Настоящее квантовое превосходство и здравый скепсис
Квантовое превосходство будет достигнуто тогда, когда квантовый вычислитель сможет решить сложную задачу, важную для экономики и промышленности, эффективнее суперкомпьютера, формулирует критерии настоящего квантового превосходства советник главы «Росатома», сооснователь РКЦ Руслан Юнусов.
Именно ради таких задач создаются квантовые алгоритмы, тестируются отраслевые пилоты, которые позднее должны будут дать полезные эффекты на производстве.
При этом всем очевидны сложности и риски, которые возникают на пути к амбициозной цели. Главный из них — разрыв между лабораторным успехом и коммерческим применением любых технологий.
Кроме того, если сравнивать с другими участниками глобальной «квантовой гонки», российская дорожная карта «Квантовые вычисления» предусматривает не самые большие бюджеты. Вместе с тем, российский квантовый проект является одним из наиболее эффективных в мире по соотношению финансовых затрат и достигнутых результатов.
Находясь на 11-м месте по объему финансирования государственных программ в квантовых вычислениях*, Россия смогла продемонстрировать один из самых высоких практических результатов среди стран, которые включились в квантовую гонку после лидеров — США и Китая.
К примеру, объем финансирования российской программы почти в 10 раз меньше, чем в Германии, но при одновременном старте немецкие коллеги на сегодняшний день представили один 10-кубитный квантовый вычислитель. Тогда как к концу 2024 года научными группами организаций-участниц экосистемы квантового проекта «Росатома» созданы прототипы четырех квантовых вычислителей.
*Анализ основан на данных по финансированию — McKinsey Quantum Technology Monitor 2024 г.: фиксируют бюджетные показатели страновых квантовых программ, стартовавших до 2023 г.; первые дорожные карты по квантовым направлениям в России стартовали в 2020 г. и были рассчитаны до 2024 г.
Квантовой индустрии нужны соответствующие кадры. В рамках дорожной карты по квантовым вычислениям идет взаимодействие по данному направлению со школьниками, студентами и профессионалами в рамках дополнительного образования.
Эксперты «Росатома» совместно с учеными Российского квантового центра и НИЯУ МИФИ разработали и запустили первую в России программу бакалавриата по квантовому инжинирингу, а также магистерскую программу в области квантовой электроники и фотоники в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ».
С 2022 года «Росатом» выступает организатором ежегодного всероссийского «Урока цифры» по квантовым технологиям, который проводится совместно с АНО «Цифровая экономика». За четыре года участниками квантовых уроков стали более 11 млн детей из российских регионов.
Госкорпорация «Росатом» является инициатором интеграции квантовых компетенций в масштабный конкурс профессионального мастерства AtomSkills.
В российских регионах также реализуется экосистемный проект «Квантовая неделя Росатома» — экосистемный проект, который направлен на вовлечение школьников, студентов, учительского и вузовского сообщества в сферу квантовых технологий будущего. В течение шести дней на различных площадках с участием молодых ученых и специалистов квантового проекта проходят просветительские и образовательные мероприятия, выступления по теме внедрения квантовых технологий, встречи с учеными и интенсивы с учителями физики.
За время работы над проектом в области квантовых вычислений в России сформировалась сильная научная экосистема: по нашим оценкам, до 80% профильных команд страны активно участвовали в работе над дорожной картой. Мы продолжаем развивать эту экосистему как базу создания в стране квантовой индустрии... Также мы продолжаем включать в работу индустриальных партнеров, которые призваны стать квалифицированными заказчиками внедрения квантовых технологий.
На пути к квантовой индустрии
Кто станет ее двигателем
Квантовая индустрия — это действующий сектор экономики, в котором налажена разработка квантовых технологий, создание на их основе квантовых продуктов и услуг для различных отраслей, а также открытый рынок этих продуктов.
Конечно, индустрия только формируется. И главным ее двигателем является бизнес. Сегодня очень важна инициатива компаний-первопроходцев, которые стремятся узнать про квантовые технологии, понять, что эти технологии могут дать экономике, и вместе с учеными и инженерами выработать модель применения. Бизнес, который первым включится в эти процессы, сможет больше заработать, создав новые рынки и первым начать их осваивать, получая «премию первопроходцев».
Что влияет на ее характер
Сегодня в глобальной квантовой гонке мы наблюдаем смену приоритетов: если ранее страны соревновались в создании квантовых компьютеров и наращивании количества кубитов в них, то сегодня пришло понимание, что количественные показатели в квантах не связаны с качеством вычислителя и вряд ли являются самодостаточным достижением.
На первый план выходит вопрос качества этих кубитов, их способности производить вычисления и решать реальные отраслевые задачи.
Все дело в том, что идет поиск новых ресурсов для эффективности экономики. Квантовые технологии станут фактором повышения эффективности предприятий, а значит, их конкурентоспособности на мировом рынке. Потому что квантовые технологии позволят серьезно сократить стоимость и сроки создания продукции — преимущество получат те экономики и страны, которые будут в этом лидировать.
Квантовое будущее: прекрасное не далеко
Для воплощения квантовых новаций в программы внедрения квантовых технологий, наряду с учеными, должны быть активно вовлечены представители инженерных школ, промышленности, социальной сферы и бизнеса.
В одиночку физики прекрасное «квантовое не далеко» — не построят. Все фантастические по сегодняшним меркам результаты применения «квантов» — будут междисциплинарными. «Квантовую медицину» нам надо продумывать и строить вместе с врачами, биологами, химиками, квантовую промышленность — с производственниками, «квантовую» атомную энергетику — с разработчиками атомных энергетических технологий завтрашнего дня, которые работают рядом с нами в атомной отрасли.
Солнцева считает, что в эту работу надо вовлекать представителей добывающих и перерабатывающих отраслей, транспорта и логистики. Те задачи для квантового компьютера, которые видятся сейчас, — это малая доля задач, которые он будет решать в действительности.
Ранее мы рассказывали, что такое АЭС малой мощности и как они устроены.
