ЯНА РОЗОВА: Меня зовут Яна Розова. Здравствуйте! На «Эхе» продолжается цикл передач, посвященных развитию науки в городе. Сегодня мой гость Александр Печень, старший научный сотрудник Математического института имени Стеклова.

АЛЕКСАНДР ПЕЧЕНЬ: Здравствуйте!

ДИКТОР: Александр Печень, 35 лет. Окончил физический факультет Московского государственного университета имени Ломоносова. Докторскую диссертацию по теме «Некоторые вопросы динамики и управления квантовыми системами» защитил в этом году. Несколько лет проработал в Принстонском университете США и в институте Вейцмана, Израиль. В Математическом институте имени Стеклова служит последние три года. Лауреат премии Блаватника для молодых ученых и премии правительства Москвы молодым ученым в номинации «Математика, механика и информатика».

А. ПЕЧЕНЬ: Почему я решил заниматься квантовой физикой? Решил заниматься этим как ни странно в далеком детстве. Не помню, сколько лет. Меньше 10. После прочтения одной книги, автор Пол Дэвис, известный очень физик, популяризатор науки. В частности там так описывались свойства электрона. Вот электрон можно представить себе как волчок. Волчок может крутиться либо в одном направлении…

Я. РОЗОВА: Вот тот самый детский…

А. ПЕЧЕНЬ: Да, детский волчок. Либо в одном, либо в другом. А электрон может крутиться одновременно в обоих направлениях. Это называется суперпозиция 2-х состояний. Когда электрон вращается в 1-м направлении, скажем, в левом, условно говоря, – это одно базитное состояние, когда в другом – другое. Он может вращаться одновременно в обоих. Представить это мы не можем. В квантовом мире именно такие эффекты…

Я. РОЗОВА: И Вам стало интересно понять, почему это происходит?

А. ПЕЧЕНЬ: Да.

Я. РОЗОВА: И как это происходит.

А. ПЕЧЕНЬ: Да, понять, почему это происходит, и как это происходит. Да, и как раз такие эффекты, они используются в квантовых компьютерах в частности, именно то, что вот этот электрон вращается в обе стороны. Другой такой тоже, может быть, необычный эффект следующий. Вот представим, мы стоим перед стеной высотой 10 метров. У нас в руках мяч. Если мы бросим мяч этот сильно, он перелетит через стену на другую сторону. Если мы бросим слабо, он ударится о стену, отскочит назад. В квантовом мире не так. Вместо мяча у нас пусть электрон теперь, вместо стены – то, что называется потенциальный барьер. Вот этот аналог. Так вот если мы будем кидать этот электрон сильно, действительно, скажем, в 9 случаях из 10 он перескочит, но в 1-м из 10 он отскочит назад. И, наоборот, если мы кидаем его слабо, с малой энергией, действительно в 9 случаях из 10 он отскочит назад, но в 1-м случае, хотя мы кидаем его слабо, он через эту стену каким-то образом, мы не знаем как, вот перелетает и оказывается мгновенно где-то по другую сторону барьера. Вот такие удивительные свойства, которые совершенно расходятся с тем, что мы наблюдаем в нашем окружающем мире… То есть это совершенно… Ну, бросьте камень через стекло. Стекло не разбилось, камень оказался по другую сторону. Это ж удивительно. И вот такие свойства, это так называемый туннельный эффект, он применяется около 50 лет уже в микроэлектронике, в так называемом туннельном диоде. Вот эти необычные свойства, которые применяются у нас в технике. Какие-то уже применяются. Какие-то мы ожидаем, что будут применяться.

Я. РОЗОВА: В чем суть работы, за которую Вы получили премию Правительства Москвы?

А. ПЕЧЕНЬ: Я занимаюсь математическими вопросами, связанными с задачами управления квантовыми системами. Управляют обычно с помощью каких-то лазерных импульсов. У нас есть атом, молекула, может быть, в какой-то колбе несколько. Мы светим лазерным импульсом, хотим получить какой-то результат, разорвать какую-то химическую связь в молекуле. Если мы выберем какой-то случайный импульс, он, скорее всего, сделает не то, что нам нужно. Он может разрушить молекулу, разорвать другую связь. Поэтому нужно подобрать правильную форму вот этого импульса, как она зависит от времени.

Я. РОЗОВА: То есть в этом и задача, я так понимаю, Вашей работы – выявить новое уравнение.

А. ПЕЧЕНЬ: Скорее, исследовать уравнения известные, но исследовать их некоторые свойства с точки зрения того сложно или легко найти оптимальную форму воздействия. 10 лет назад в журнале «Science» в работе 3-х авторов из Принстонского университета США была выдвинута гипотеза, что при очень широких предположениях управлять вот такими квантовыми системами, то есть атомами, молекулами легко, ну, в некотором смысле. И работа, конечно, была значимая…

Я. РОЗОВА: И произвела на Вас впечатление.

А. ПЕЧЕНЬ: Да, и на меня, и на сообщество произвела впечатления. Я начал заниматься этой темой. Оказалось, что ситуация при строгом математическом анализе не такая простая.

Я. РОЗОВА: Вы развеяли это предположение и доказали, что это невозможно.

А. ПЕЧЕНЬ: Не совсем так. Для некоторых атомов, для некоторых молекул возможно, в том числе для такой важной системы как кубит – это квантовый бит, простейшая квантовая система, которая применяется в квантовых компьютерах. Для других систем, которые применяются в квантовой оптике, в химии, ситуация намного сложнее. Этот тоже результат получил признание. Он тоже обсуждался в журнале «Science».

Я. РОЗОВА: Это уже результат Вашей работы?

А. ПЕЧЕНЬ: Это да, результат моей работы. Все слышали про квантовые компьютеры что-то. Есть некоторые задачи, которые на обычных компьютерах решаются очень долго. Известная задача – это задача факторизации числа, то есть разбиение числа на произведение простых сомножителей. Вот например, 15 – это 5 умножить на 3, 21 – это 7 умножить на 3. Короткие числа легко разложить на множители. Длинные числа из сотни, может быть, из тысячи знаков состоящие – тяжело.

Я. РОЗОВА: Простой компьютер с этим не справляется?

А. ПЕЧЕНЬ: Не справляется. Требуются простому компьютеру миллионы лет. И сложность этой задачи, она используюется в практике в алгоритмах шифрования, например, в интернет. Эта реальная задача, сложность которой используется у нас ежедневно. Каждый раз мы выходим в интернет по защищенному соединению. Там вот используется эти алгоритмы шифрования, которые используют тот факт, что миллионы лет требуются обычному компьютеру.

Я. РОЗОВА: Для этого был придуман квантовый компьютер?

А. ПЕЧЕНЬ: Да. Возникла идея посмотреть квантовые свойства системы, то есть свойства вот отдельных атомов, молекул, они немножко отличаются… иногда немножко, а иногда очень сильно от того, что мы наблюдаем в обычном мире. И возникла идея в 80-х годах. Юрий Манин и Ричард Фейнман предложили использовать эти свойства для реализации квантовых вычислений. Тогда еще теоретически очень абстрактно. В девяносто, по-моему, шестом году был предложен алгоритм Питером Шором, американским физиком, математиком, который позволяет с использованием квантового компьютера решать задачу факторизации длинных чисел за секунды. Соответственно рушатся все наши протоколы шифрования. Дело осталось за малым – сделать квантовый компьютер. Но реализация столкнулась с определенными трудностями. Основная трудность – это так называемое явление декогеренции, которое происходит из того, что вот элементы квантовых компьютеров невозможно хорошо изолировать от внешней среды. Элементы квантовых компьютеров – это какие-то атомы, ионы в ловушках, в общем, какие-то физические системы. И они взаимодействуют с внешней средой и со всем, что окружает, и, к сожалению, их нельзя очень хорошо изолировать вот от этого окружения. Грубо говоря, мы возьмем наш ноутбук и поставим его в печь, он работать не будет. С ноутбука мы можем убрать эту печь, а здесь он все время находится, наш квантовый компьютер, в печи, которая его разрушает, и его…

Я. РОЗОВА: То есть надо найти что-то, чтобы нейтрализовало вот эту самую печь?

А. ПЕЧЕНЬ: Один из вариантов – да, такой. Другой вариант, может быть, можно использовать эту печь не как что-то, деструктивную силу, наоборот как полезный, как новый ресурс для вычислений, но не просто как печь, а подстраивать ее параметры. Такая идея была высказана в моей работе с моим коллегой Гершем Рабицем из Принстонского университета. И недавно мне удалось получить результат, что, оказывается, эта печь в одной конкретной физической реализации, это вот окружение, позволяет сделать с нашими системами очень много. Не просто чуть-чуть где-то что-то улучшить. На самом деле ее можно очень эффективно использовать как новый ресурс именно для построения квантовых компьютеров, но необычных, не в стандартной формулировке, так называемые квантовые компьютеры с чистыми состояниями – я не расшифровываю, что это такое – и с унитарными логическими операциями, а квантовые компьютеры со смешанными состояниями и не унитарными логическими операциями.

Я. РОЗОВА: Для чего еще они могут быть полезны?

А. ПЕЧЕНЬ: Ну, вот этот алгоритм разложения числа на простые сомножители – это наиболее яркий пример. 2-й пример – это алгоритм поиска Гровера, поиск в неупорядоченной базе данных. Представим, у вас есть в библиотеке картотека книг. Когда картотека расставлена по алфавиту, то все удобно. Представьте, что вы ее перемешали случайным образом, и вам нужно найти какую-то книгу. У вас, условно говоря, тысяча карточек. Единственный способ – это просто перебирать их все подряд, пока вы не дойдете до нужной книги. Это долго. Порядка тысячи переборов вам нужно сделать. Сложность растет пропорционально числу этих карточек. Квантовый компьютер позволяет ускорить эту процедуру как квадратный корень числа карточек, то есть, например, если триллион, то понадобится миллион операций.

Я. РОЗОВА: То есть такой компьютер вообще нужен для производства скорее, для каких-то очень серьезных расчетов? Он пригодится, например, в какой-то космической отрасли?

А. ПЕЧЕНЬ: Да. Да, простейший компьютер, который, так считается, использует квантовые принципы, сейчас вот прототип сделан «Гуглом». Это шкаф 3 на 3 метра, большой, в котором всего 512 логических элементов. И важно сказать, что это не универсальный квантовый компьютер. Наши компьютеры, вот они… мы можем написать на них любую, какую хотим программу, запустить, она будет работать. А это компьютеры сделаны для решения 1-й задачи.

Я. РОЗОВА: То есть получается, что направление Вашей работы, Вы же трудитесь в фундаментальной науке…

А. ПЕЧЕНЬ: Да.

Я. РОЗОВА: … напрямую связано с реализацией, с приборосоставляющей?

А. ПЕЧЕНЬ: Да. Связана напрямую, как говорится, всегда мостик от теории до эксперимента, он всегда непростой. Эксперименты я иногда обсуждаю с экспериментаторами и вижу просто, что для них просто требуются годы, чтобы наладить экспериментальную установку, чтобы ее настроить, как-то создать.

Я. РОЗОВА: А уровень фундаментальной науки этого направления, он в нашей стране насколько развит?

А. ПЕЧЕНЬ: Вообще теория оптимального управления фактически она и возникла здесь, если говорить не про квантовые системы, а в целом, она возникла примерно в 60-е годы и, в общем-то, в Советском Союзе, здесь вот в институте, в котором я и работаю, Математическом институте Стеклова. Но в начале 90-х, видимо, с известными событиями финансирование науки резко упало, стало меньше возможностей для экспериментов, в то время как на Западе активно начали делать эксперименты. Эти группы существуют везде. Принстон, Гарвард, MIT, возьмите Оксфорд, любой ведущий центр, везде есть группа по квантовому управлению. Вот недавно у нас тоже был создан российский квантовый центр в Сколково.

Я. РОЗОВА: Нужно ли ученому сегодня делать что-то, чтобы продвигать свои открытия и изобретения?

А. ПЕЧЕНЬ: Да, несомненно. Где найти деньги? Потому, что нужно платить зарплату своим сотрудникам, если есть группа, покупать оборудование для экспериментов. Недавно начал действовать Российский научный фонд, в котором размер грантов значительный. Понятно, их мало. Деньги большие, но грантов мало. Соответственно нужно за них бороться, особенно экспериментаторам, наверное, здесь, это очень важно.

Я. РОЗОВА: Но, может быть, имеет смысл найти кого-то человека, который стал бы заниматься этой бюрократической работой, доказывать, что именно направление Вашей деятельности заслуживает получения гранта?

А. ПЕЧЕНЬ: К сожалению, скорее всего, больше сил уйдет на то, чтобы объяснить такому человеку, в чем состоит результат, в чем идея. По-моему, проще здесь ученому самому этим вопросом заниматься. Он все-таки знает лучше всех свои интересы, свои задачи…

Я. РОЗОВА: Когда Вы в 1-й раз попытались поучаствовать в подобного рода конкурсе?

А. ПЕЧЕНЬ: Один грант я, например, получил в свое время крупный грант Европейского Союза в рамках 7-й рамочной программы. Хороший очень грант. Для этого я писал заявку совместно с моим коллегой из института Вейцмана – ведущий институт в Израиле научный. Около 3-х недель ушло на написание заявки. В России тоже с переменным успехом было. Иногда подавал, не получал. С прошлого года тоже стал получать гранты.

Я. РОЗОВА: Скажите, у нас отличается система от момента предъявления заявки…

А. ПЕЧЕНЬ: Да.

Я. РОЗОВА: … до получения гранта?

А. ПЕЧЕНЬ: Европейский грант… В заявке несколько пунктов. И за каждый из них эксперты присваивают балл от 1-го до 5. Потом на основании этих баллов подсчитывается полный балл заявки по какой-то известной всем формуле, в том числе и мне. Составляется рейтинг заявок, и те, которые максимальный балл получают, они проходят. То есть я вижу, где хорошо меня оценили, где плохо. Если, скажем, мне, например, не дали заявку, по крайней мере, я могу понять, что улучшить в следующий раз. Вот у нас такого, к сожалению, нет. Присылают отчеты по грантам. Может быть, даже в отчете говорят, что нормальная, хорошая заявка. Но где-то вот эти баллы, тоже они где-то расставлены, но мне, как человеку подавшему заявку, их не присылают. В целом я должен сказать, что в настоящее время ситуация в науке у России выходит на хороший уровень. Вполне можно работать. У нас и конференции, и финансирование сейчас нормальное. Мы организуем около 3-х конференций ежегодно здесь. Мы имеем возможности приглашать людей из-за границы. У нас хорошая, я бы сказал, какой-то существенной разницы по сравнению с Западом уже нет.

Я. РОЗОВА: Это был Александр Печень, старший научный сотрудник Математического института имени Стеклова, лауреат премии Правительства Москвы молодым ученым в номинации «Математика, механика и информатика».

Комментарии

0

Пожалуйста, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий.
>
Не заполнено
Не заполнено

Не заполнено
Не заполнено минимум 6 символов
Не заполнено

На вашу почту придет письмо со ссылкой на страницу восстановления пароля

Войти через соцсети:

X Q / 0
Зарегистрируйтесь

Если нет своего аккаунта

Авторизируйтесь

Если у вас уже есть аккаунт

Самое обсуждаемое

Популярное за неделю

Сегодня в эфире