Осенью 2015 года доцентом кафедры общей и теоретической физики ЮУрГУ Сергеем Подошведовым была защищена докторская диссертация по квантовой информатике. Мы побеседовали с ученым о его карьере и об этом научном направлении.
«Изначально я занимался нелинейной оптикой, ей посвящена и моя кандидатская диссертация. После защиты я решил поработать за границей, подавал заявки на участие в конкурсах, стали поступать предложения, — рассказывает Сергей. — Поначалу я не решался уехать, были свои причины, но потом появилось понимание того, что возможности проходят мимо меня. После этого я решил, что откликнусь на первое же предложение».
Приглашение, которое пришло осенью 2001 года, было из Южной Кореи. Вакансия предполагала проведение исследований в области квантовой информатики. На тот момент данное направление было новым для ученого и вызывало у него интерес. Возможно поэтому следующие десять лет он провел в Корее.
В течение этого времени он сотрудничал с Инха (университет в г. Инчхон), с КИАС (Институт в г. Сеул) и Сеульским национальным университетом. Сергею Подошведову довелось поработать с учеными мирового уровня, такими как Кишик Ким, Хенсик Джанг и Джаеван Ким. Последний выступил научным консультантом Сергея при проведении исследований, положенных в основу докторской диссертации. Не так давно, в 2013 году, Джаеван Ким и Кишик Ким приезжали в Челябинск, они знакомились с ЮУрГУ, выступали с докладами, обсуждали с руководством возможность научного сотрудничества.
Исследованиями, результаты которых отражены в докторской диссертации, ученый занимался с 2002 года, а работа по ее написанию велась в течение трех лет. Отметим, что Сергей Подошведов и его ученик являются единственными учеными, разрабатывающими данное направление, в ЮУрГУ. Немного таких людей насчитывается и в нашей стране.
Возможно, этим объясняется то, что на данный момент диссертационных советов по квантовой информатике в России не существует. Поэтому защита диссертации проходила перед членами совета по теоретической физике, но оппонентами Сергея были ведущие эксперты в области квантовой информатики. По словам ректора ЮУрГУ Александра Шестакова сейчас обсуждается возможность создания такого диссертационного совета.
Квантовая информатика, как и любое научное направление, имеет свою специфику. Большая часть исследований носит теоретический характер, они связаны с базовыми понятиями и закономерностями, раскрывающими суть квантового мира, граничащего с миром классической физики.
«Почему существует граница между этими двумя мирами, где начинается один и заканчивается другой, люди и пытаются понять. А главным направлением, в котором работают сейчас ученые, является создание квантового компьютера. К сожалению, на данном этапе развития квантовый компьютер это только идея, гипотетическое устройство. Тем не менее, данная модель позволяет глубже понять законы квантового мира и является основой для построения новых будущих технологий», — поясняет Сергей.
Впервые о перемещенных состояниях Сергей услышал на одном из рабочих семинаров, которые еженедельно проводились в КИАСе. Особенность таких состояний в следующем: помимо того, что данные состояния являются дискретными, они характеризуются дополнительным параметром, который может принимать любые значения.
Размышляя над данной проблемой, ученый стал рассуждать о том, почему после 90-х годов они перестали быть востребованными, ведь они открывают перед исследователями новые возможности. Причина крылась в существовании математических сложностей, которые необходимо было преодолеть.
Тогда Сергеем и был создан математический аппарат, в основу которого была положена матрица преобразований, связывающая произвольные наборы перемещенных состояний света. Данный математический аппарат позволяет работать с оптическим состоянием в произвольном представлении перемещенных базисных состояний, что открывает новые возможности для реализации гибридных состояний.
Если квантовый компьютер и будет реализован в будущем, то он, скорее всего, будет реализован на гибридных состояниях. Соответственно, развиваемый математический подход может стать основой для реализации детерминированных квантовых протоколов, реализации элементарных квантовых гейтов и, в конечном счете, проектировании самого квантового компьютера.
По мнению ученых, квантовый компьютер может быть рассмотрен как одна из разновидностей суперкомпьютера, работающего на отличных физических принципах и решать задачи (такие, к примеру, как разложение числа на простые множители или более быстрый поиск нужного элемента в большом количестве данных) намного быстрее, чем обычные компьютеры.
Первым же коммерческим «продуктом» данной науки является протокол квантовой криптографии, в основе которого кодирование, позволяющее передавать информацию по линиям телефонной и интернет-связи. Однако сейчас использование протокола позволяет передавать закодированную информацию на небольшие расстояния, не превышающие 200 км.
О высокой значимости исследований, проведенных ученым, говорится в многочисленных рецензиях и отзывах на его работы, поступающих от исследователей с мировым именем. Ему рекомендовано использовать данный математический аппарат в педагогических целях, это означает, что детали данного подхода могли бы быть опубликованы в научном пособии или в учебнике.
Сам Сергей говорит, что был бы рад, если бы число людей, интересующихся квантовой информатикой и работающих в этом направлении, постепенно увеличивалось. Возможно, взаимодействие с такими людьми поможет ученому достигнуть еще более высоких результатов.