Технологиялық даму қарқыны соңғы онжылдықтарда адамзаттың болашақ туралы түсінігін түбегейлі өзгертті. Кезінде ғылыми фантастика саналған жаңалықтар бүгінгі күннің шындығына айналды. Ұялы байланыс құралдары ықшам әрі көпфункциялы құрылғыға айналды, зияткерлік басқару жүйелері тұрмысқа енді, өндіріс пен көлік саласы автоматтандырылды. Жасанды интеллект деректерді талдап қана қоймай, шығармашылық сипаттағы міндеттерді де орындай бастады. Есептеу техникасының қуаты еселеніп, жаһандық желінің өткізу мүмкіндігі артты. Осындай үдерістер аясында ғылым келесі ірі серпіліс ретінде кванттық есептеулер мен кванттық байланыс технологияларын қарастырып отыр.
Кванттық механика заңдарын ақпаратты өңдеу мен тасымалдау саласында пайдалану идеясы ғылыми ортада бірнеше онжылдықтан бері талқыланып келеді. Цифрлық компьютерлер үшін шешімі тым күрделі немесе мүмкін емес есептерді кванттық жүйелер арқылы орындау мүмкіндігі теориялық тұрғыдан дәлелденген. Қазіргі негізгі мәселе — кванттық интернеттің дербес инфрақұрылым ретінде қалыптасу ықтималдығы және оның қолжетімділік деңгейі.
Бүгінгі таңда кванттық желіні қолданудың екі негізгі бағыты айқын көрінеді. Біріншісі — есептеу қуатын сапалық тұрғыдан жаңа деңгейге көтеру. Кванттық компьютерлер белгілі бір есептерді дәстүрлі жүйелерге қарағанда әлдеқайда жылдам шеше алады. Екіншісі — байланыс қауіпсіздігін түбегейлі күшейту. Кванттық криптография қағидаттарына негізделген шифрлау тәсілдері ақпаратты бөгде қол сұғушылықтан қорғаудың сенімді тетігі ретінде қарастырылады.
Ғылыми қауымдастық кванттық желінің өзге де маңызды қолдану салаларын атап өтеді. Мәселен, астрономияда әртүрлі нүктелерде орналасқан телескоптарды біртұтас кванттық жүйеге біріктіру арқылы ғарыш нысандарының бейнесін анағұрлым жоғары айқындау мүмкіндігі туындайды. Сонымен қатар әлемдік деңгейде атомдық сағаттарды дәл үйлестіру мәселесі де кванттық байланыс арқылы шешілуі ықтимал. Алайда қазіргі кезеңде бұл технологияның тұрмыстық қолданысқа енуі туралы айту ерте, себебі ол әлі ғылыми және арнайы мақсаттағы міндеттермен шектеліп отыр.
Кванттық есептеулер тарихына тоқталсақ, алғашқы елеулі тәжірибелік жетістік 1998 жылы тіркелді. Сол кезде ядролық магниттік резонанс негізінде екі кубиттен тұратын кванттық есептеу жүйесі жасалып, қарапайым кванттық алгоритмнің орындалуы көрсетілді. Бұл жетістік кванттық есептеу теориясының тәжірибелік негізін бекіткен маңызды қадам болды. Дегенмен сол кезеңде кванттық желіні кең ауқымды байланыс жүйесі ретінде қолдану тұжырымдамасы әлі қалыптаспаған еді.
2010 жылдардан бастап әлемнің жетекші зерттеу орталықтары дәстүрлі компьютерлерді кванттық инфрақұрылыммен ықпалдастыру жолдарын іздестіре бастады. Арнаулы чиптер әзірлеу арқылы дәстүрлі құрылғыларды кванттық желіге қосу мүмкіндігін қарастыру қолға алынды. Соған қарамастан, технология дамуының бастапқы кезеңінде кванттық желіге қолжетімділік шектеулі болатыны анық.
2017 жылы австралиялық ғалымдар кванттық интернетке арналған, эрбий иондарымен қоспаланған кристалл әзірледі. Бұл материал кванттық ақпаратты сақтау мен жеткізуге қажетті оптикалық қасиеттерімен ерекшеленді.
2019 жылы кванттық интернеттің алғашқы хаттамасы жасалды. Осылайша кванттық желі арқылы ақпарат алмасудың теориялық негізі нақты техникалық шешімге ұласты.
2020 жылға қарай кванттық интернетті дамыту ісіне бірнеше мемлекет бір мезгілде кірісті. Ресейде кванттық интернет платформасын әзірлеуге Ресей венчурлық компаниясы 300 миллион рубль бөлді. Жапония ғалымдары жаһандық кванттық криптожелі құру бағытында зерттеу жүргізе бастады. Ұлыбритания физиктері қолжетімді кванттық интернет моделін жасауға ден қойды. Америка Құрама Штаттарында да осы сала бойынша жүйелі ғылыми жұмыс басталды. Бұл кезең кванттық технологиялардың жекелеген зертханалық жобадан халықаралық ғылыми бәсекеге айналғанын көрсетті.
2023 жылы кванттық энергияны телепортациялау тәжірибесі алғаш рет жүзеге асырылды. Бұл нәтиже кванттық құбылыстарды басқару деңгейінің жаңа сатыға көтерілгенін аңғартты.
2024 жылы гибридті кванттық желілерге арналған қатты денелі кубиттерді әзірлеу бағытында зерттеулер жүргізілді. Мұндай кубиттер тұрақтылығы жоғары әрі масштабтауға бейім болуымен құнды.
Ал 2025 жылы кванттық деректер алғаш рет IP хаттамасы арқылы тасымалданды. Сонымен қатар кванттық телепортация тәжірибесі кезінде күй параметрлері қатты денелі жадта тіркелді. Бұдан бөлек, ұзындығы 104,8 шақырым болатын кәдімгі талшықты-оптикалық желі арқылы секундына 2,38 килобит жылдамдықпен кванттық байланыс іске қосылды. Бұл — теориялық тұжырымнан практикалық іске көшу жолындағы маңызды қадам.
Кванттық компьютерлер мен кванттық интернет туралы бүгінгі біліміміз қандай деңгейде? Мұндай технологиялардың Қазақстанда қолданылу мүмкіндігі қандай? Осы материалды әзірлеу барысында сала мамандарының өте аз екеніне көз жеткіздік. Оның үстіне көпшілік бұл тақырыпта пікір білдіруге сақ қарайды. Себебі қателесіп, кәсіби біліксіздікке ұрынудан қауіптенетіндей әсер қалдырады.
Ұзақ ізденістің нәтижесінде осы мәселе жөнінде пікір айтуға келіскен екі сарапшы табылды. Соның алғашқысы — кәсіпкер, физика-математика ғылымдарының кандидаты, Алматы қаласында алғашқы коммерциялық тәуелсіз деректер орталығын салған Тахир Такабаев. Ол сондай-ақ біздің порталдың сарапшыларының бірі.
Тілші: Ең әуелі негізгі сұрақтан бастайық. Кванттық компьютерді ойлап табудың қажеттілігі неден туындады?
Тахир Маратұлы: Қазіргі компьютерлік техниканың даму бағытына назар аударсақ, басты үрдіс есептеу өнімділігін арттыруға және элементтік базаны жетілдіруге бағытталғанын көреміз. Яғни инженерлік ізденіс үнемі жылдамдықты өсіруге және құрылымдық мүмкіндіктерді кеңейтуге ұмтылады. Кванттық компьютер осы эволюцияның заңды жалғасы ретінде қарастырылады. Ол — есептеу қуатын сапалық тұрғыдан жаңа деңгейге көтеруге арналған құрылғы.
Бұл ізденістер таза теориялық қызығушылықтан туындап отырған жоқ. Мәселе нақты қолданбалы және коммерциялық мақсаттарға тіреледі. Тарихта ақпаратқа жедел қол жеткізудің экономикалық артықшылық берген мысалдары аз емес. Мәселен, Ватерлоо шайқасында ағылшын әскерінің жеңісі туралы мәліметті өзгелерден бұрын алған Ротшильд осы жылдамдықтың арқасында қаржылық пайдаға кенелгені белгілі. Ақпаратты бірінші болып алу мен оны жылдам өңдеу — бәсекелік артықшылықтың шешуші факторы.
Кванттық есептеулерді қолдаушылардың пайымдауынша, бұл технологияны дамыту компьютерлік есептеу жылдамдығын түбегейлі арттыруы мүмкін. Мұндай серпіліс өзінің ықпалы жағынан ядролық энергетиканың пайда болуымен салыстыруға келетін ауқымды өзгеріс әкелуі ықтимал. Ядролық энергия бір кезеңде энергетика саласының мүмкіндігін мүлде жаңа деңгейге көтерді. Сол сияқты алғашқы ғарыштық жылдамдыққа қол жеткізу де тек ғарыш саласының емес, материалтану мен инженерияның дамуына жол ашты. Кванттық компьютерлер де осындай кең ауқымды технологиялық өзгерістерге бастау беруі мүмкін.
Тілші: Кванттық компьютердің жұмысы қандай қағидаттарға негізделеді?
Тахир Маратұлы: Қазіргі есептеу жүйелері екілік математикаға сүйенеді. Оның негізінде бит ұғымы жатыр. Бит — екі мүмкін мәннің бірін қабылдайтын екілік разряд, яғни нөл немесе бір. Сегіз бит бірігіп бір байтты құрайды. Бүгінгі ақпараттық-коммуникациялық технологиялар саласындағы барлық дерек — мәтін, таңба, графика және өзге де мазмұн — осы екілік код арқылы сипатталады. Нәтижесінде кез келген ақпарат нөлдер мен бірліктердің белгілі бір тізбегіне айналады. Шын мәнінде, бүкіл интернет кеңістігі — есепсіз көп нөл мен бірдің жүйеленген құрылымы. Бұл екілік тізбектер арнайы кестелер мен хаттамалар арқылы адамға түсінікті пішінге қайта түрлендіріледі. Мысалы, ASCII кестесі немесе әртүрлі деректерді беру форматтары нөлдер мен бірліктерді мәтінге, кескінге немесе өзге мазмұнға айналдыруға мүмкіндік береді.
Неліктен осылай қалыптасты? Себебі нөл мен бірдің физикалық тұрғыдан айқын әрі түсінікті баламасы бар. Ток жүрсе — бір, ток жүрмесе — нөл. Жарық жанса — бір, жанбаса — нөл. Осындай қарапайым сәйкестік екілік жүйені техникалық тұрғыдан іске асыруды жеңілдетті.
Транзисторлар арқылы немесе дерек сақтау құрылғыларындағы магниттік жолақтар арқылы нөл мен бірді бейнелеу салыстырмалы түрде оңай жүзеге асады.
Деректерді тасымалдау кезінде де осы қағида сақталады. Мыс сымдардағы электромагниттік импульстер немесе талшықты-оптикалық кабельдердегі жарық импульстері ақпараттың екілік күйін білдіреді. Бұдан кейінгі міндет — транзисторлар санын көбейту, магниттік жазбалардың тығыздығын арттыру арқылы есептеу қуатын, өңдеу жылдамдығын, дерек жеткізу шапшаңдығын және сақтау көлемін ұлғайту.
Айта кету керек, тарихта екілік емес, үштік санау жүйесіне негізделген есептеу машиналары да болған. Онда 0, 1 және минус 1 мәндері қолданылды. Мәселен, кеңестік Сетунь машинасы өз дәуіріндегі ұқсас құрылғылардан бірқатар артықшылықтарға ие болды. Алайда түрлі техникалық және ұйымдастырушылық себептерге байланысты бұл бағыт кең өріс ала алмады.
Эмпирикалық сипаттағы Мур заңы бойынша процессорлар мен интегралдық схемалардағы транзисторлар саны шамамен әр екі жыл сайын екі еселеніп отырады. Сондықтан да біз ұялы телефондардың флагмандық үлгілері екі жыл сайын жаңарып отырғанын байқаймыз. Қазіргі заманғы бір процессордың өзінде жиырма миллиардтан астам транзистор бар. Дерек тасымалдау жылдамдығы секундына жүз терабит межесіне жақындады. Қатты дискілердің сыйымдылығы қырық терабайтқа жетті. Көптеген сарапшылар Мур заңының әмбебап сипаты әлсірей бастады деген пікір айтқанымен, ол әлі де технологиялық дамудың жалпы үрдісін сипаттайды деп пайымдауға негіз бар.
Сонымен қатар кейбір құрылғылар техникалық тұрғыдан Мур заңы болжаған өсімнен де асып түсуі мүмкін. Яғни жаңа буын алдыңғысынан екі емес, үш есе қуатты болуы ықтимал. Алайда мұндай серпіліс көбіне жоғары шығынмен жүзеге асады. Өнімнің бағасы мен өндіріс күрделілігі артқан жағдайда, нарық сұранысы оны толық қабылдай бермейді.
Кванттық есептеулердің негізінде кубит ұғымы жатыр. Кубит — кванттық биттің қысқартылған атауы. Сондықтан кванттық есептеу идеясының мәнін ұғыну үшін ең әуелі осы ұғымның табиғатын түсіну қажет. Кубиттің басты ерекшелігі — оның бір мезетте бірнеше күйде бола алу қасиеті, яғни суперпозиция құбылысы. Дәстүрлі бит секілді тек нөл немесе бір мәнін ғана қабылдайды деп кесіп айту мүмкін емес. Кубиттің нақты күйін ықтималдықтар теориясының әдістері арқылы ғана сипаттауға болады.
Ықтималдықтар теориясының өзі кәсіби математиктер үшін де әрдайым жеңіл қабылдана бермейді. Математика саласында еңбек ететін мамандардың саны шектеулі болса, ықтималдықтық есептеулер аппаратына терең меңгергендердің үлесі одан да аз. Егер жоғары оқу орнын тәмамдағаннан кейін он-он бес жыл өткен соң мамандығы бойынша еңбек етуді жалғастыратындардың үлесі небәрі үш-бес пайыз шамасында екенін ескерсек, кванттық процессор архитектурасын жобалауға қабілетті мамандардың саны өте аз болатыны түсінікті. Оның үстіне, қабілетті болу мен осы салада нақты жұмыс істеу екі бөлек мәселе.
Кубиттің физикалық тұрғыдағы бір түсіндірмесі ретінде атом қарастырылады. Қазіргі ақпараттық-коммуникациялық технологияларда нөл мен бірді өңдеу барысында Буль алгебрасы қолданылады. Оның 0+0=0, 0+1=1, 1+0=1, 1+1=0 секілді қарапайым ережелері транзисторлық микросхемаларда техникалық тұрғыдан оңай жүзеге асады. Ал атомның мінез-құлқы кванттық механика теңдеулерімен сипатталады. Бұл теңдеулердің өзі есепті қою деңгейінде-ақ күрделі, ал тұрақты шешімдерге қол жеткізу және оларды техникалық тұрғыдан іске асыру одан да қиын. Кванттық механика саласында терең білімге ие мамандардың да саны шектеулі.
Дәстүрлі ақпараттық-коммуникациялық жүйелерде деректер пакеттерінің жоғалуы секілді ұғымдар қалыптасқан, сондай-ақ деректер жоғалуын бақылау мен қателерді талдау алгоритмдері бар. Кванттық компьютерлерде кубиттермен жүргізілетін есептеулер кей жағдайда кәдімгі микропроцессорлық техникаға қарағанда жылдамырақ болуы ықтимал. Алайда ықтимал қателерді тексеруге арналған алгоритмдердің өзі осы артықшылықты толықтай жоққа шығаруы мүмкін. Яғни технологиялық серпіліспен қатар іргелі ғылымның нәтижелері де қажет. Ал іргелі ғылымдағы кейбір теоремалардың дәлелденуі ғасырларға созылатыны белгілі.
Атомның мінез-құлқы тәжірибе жүзінде аса тұрақсыз. Ол қоршаған ортаның температурасына тікелей тәуелді. Сыртқы факторлардың әсерін барынша азайту үшін кубиттің, яғни атомның күйін өлшеу абсолют нөлге жуық температурада — шамамен минус 273 градус Цельсий деңгейінде жүргізіледі. Салыстыру үшін қарапайым тұрмыстық мысалды алайық. Үйдегі тоңазытқыштың негізгі камерасы шамамен плюс 5 градус, мұздатқыш бөлігі минус 7 градус шамасында жұмыс істейді. Ал жылдам мұздату режимі минус 30 градусқа дейін төмендетіледі. Енді кубитті тұрақтандыру үшін қандай деңгейдегі салқындату жүйесі қажет екенін елестетіп көрейік. Бір ғана кубиттің айналасында криогендік қондырғы орнатылуы тиіс. Бұл — орасан энергия шығыны мен күрделі инженерлік шешімдерді талап ететін үдеріс.
Теориялық физик теңдеулер жүйесін жасап, кванттық есептеудің моделін ұсынуы мүмкін. Алайда оны жүзеге асыру үшін жоғары технологиялық жабдық әзірлейтін инженерлер қажет. Мұндай салқындату жүйелерін жасау, тұрақты жұмысын қамтамасыз ету, энергиямен жабдықтау — барлығы үлкен ресурсты талап етеді. Кванттық компьютер қаншалықты энергия сыйымды болады деген сұрақ осы тұста туындайды. Кубит дәстүрлі битке қарағанда әлдеқайда көп күйді қабылдай алады. Егер жүйеде кубит саны артса, сәйкесінше оларды салқындатуға арналған криогендік камералар саны да көбеюі ықтимал. Ал олардың энергия тұтыну көлемі қандай болмақ? Бұл — әлі нақты жауабы жоқ, алайда маңызды мәселе.
Келесі мәселе — жұмыс істейтін кубиттер саны. Бір кванттық компьютер үшін жалғыз кубит жеткіліксіз екені анық. Қазіргі таңда шамамен 20 кубитке негізделген кванттық компьютердің жүзеге асырылған үлгілері белгілі. Дегенмен әр кубиттің көпкүйлі табиғатын ескергеннің өзінде бұл көрсеткіш қазіргі заманғы ауқымды есептерді шешуге жеткіліксіз. Бүгінгі суперкомпьютерлер миллиардтаған битті, орасан көлемдегі деректерді өңдей алады. Ал 20 кубиттен тұратын кванттық жүйе өндірістік деңгейдегі міндеттерді толық орындауға әлі қауқарсыз. Демек, өнеркәсіптік қолданысқа көшуге дейінгі жол әлі ұзақ.
Сонымен қатар деректерді белгілі бір жылдамдықпен тасымалдаудың технологиялық шектеулері бар. Дәстүрлі компьютерлерде ақпаратты тасымалдау кезінде, мысалы, USB Type-C кабелінің ұзындығы әдетте 1,5 метрден аспайды және ол қуат көзінің мүмкіндігіне тәуелді. Кванттық есептеу жүйелерінде де осындай техникалық шектеулер кездеседі. Ақпарат алмасу, сигнал тұрақтылығы, орта әсері — барлығы жүйенің тиімділігіне ықпал етеді. Сондықтан кванттық компьютерлердің кең қолданысқа енуі тек теориялық жаңалықтарға емес, күрделі инженерлік инфрақұрылымның дамуына да байланысты.
Тілші: Қазақстанда кванттық компьютерлер мен кванттық интернет саласында зерттеу жүргізу үшін не қажет?
Тахир Маратұлы: Ең алдымен ғылымды қаржыландыру жүйесін түбегейлі қайта қарау керек. Кванттық механикамен, ықтималдықтар теориясымен айналысатын мамандарды уақытын грантқа өтінім жазуға жұмсауға мәжбүрлеу — тиімсіз тәсіл. Бұл — ойлау жүйесі өзгеше, аса күрделі теңдеулер мен теориялық есептерді шешетін ғалымдар. Кей жағдайда олардың зерттеу тақырыптарының атауын айту да оңай емес. Осындай мамандардан міндетті түрде коммерциялық нәтиже талап ету — іргелі ғылым табиғатына сай келмейді. Іргелі зерттеулер гранттық модельмен емес, тұрақты мемлекеттік қолдаумен дамиды.
Егер мемлекет ғылымды және санаулы жоғары деңгейлі зерттеушілерді жүйелі түрде қолдай алмаса, айтарлықтай нәтиже күту қиын. Бұл мәселе ең алдымен мемлекеттік саясат деңгейінде шешілуі тиіс.
Екінші мәселе — мұндай ауқымды міндеттерді бір адамның күшімен жүзеге асыру мүмкін емес. Бұл — ұжымдық еңбек. Бір ғана топ емес, бірнеше зерттеу тобы қажет. Оның үстіне жай ғана мамандар емес, арнайы даярланған, жоғары оқу орындары сапалы білім берген кадрлар керек. Ал біздегі маман даярлау сапасы мен деңгейі — өз алдына жеке талқылауды қажет ететін мәселе.
Үшіншіден, теориялық негіз қалыптастыратын ғалымдармен қатар, тәжірибелік және инженерлік инфрақұрылымды жасайтын техникалық мамандар қажет. Қарапайым мысал келтірсек, елімізде тұрмыстық кондиционерлердің өзі шетелдік бөлшектерден құрастырылады. Ал кванттық технологияларға мүлде өзге деңгейдегі жабдықтар керек. Мәселен, абсолюттік нөлге жуық, яғни минус 273 градус Цельсий температураны қамтамасыз ететін аса күрделі криогендік жүйелер қажет. Мұндай технологиялар Қазақстанда жақын уақытта пайда болады деу қиын.
Тілші: Қазақстанды өзге елдермен, кем дегенде жақын көршілерімізбен салыстырсақ, жағдай қандай?
Тахир Маратұлы: Ресейде физика, кванттық механика және ядролық физика салалары сақталған. Ғылыми мектептері бар, осы бағытта жұмыс жүргізіп жатыр.
Қытайда ғылымды қаржыландыру деңгейі мүлде бөлек. Жаңа идеяларды дамытуға жеткілікті қаражат бөлінеді, материалдық-техникалық қамтамасыз ету жоғары деңгейде. Мемлекеттік қолдау бағдарламасына енген зертханалар біздің университеттер мен ғылыми-зерттеу институттарынан бірнеше есе қуатты жабдықталған. Бұл — ғылыми нәтижеге тікелей әсер ететін фактор.
Тілші: Кванттық компьютерлер мен кванттық интернет қаншалықты алыс болашақтың еншісінде?
Тахир Маратұлы: Әзірге бұл технологияларды жуық арада кең көлемде тәжірибеге енгізіледі деу ерте. Қазіргі жүйелер шамамен 20 кубит деңгейінде жұмыс істейді. Мұндай көрсеткіш заманауи күрделі алгоритмдерді толыққанды орындау үшін жеткіліксіз. Алғашқы электрондық компьютерлерден бүгінгі қуатты жүйелерге дейін шамамен 45–50 жыл уақыт өтті. Кванттық технологиялар да осындай ұзақ эволюциялық жолдан өтуі мүмкін. Сондықтан бұл бағыттың толыққанды іске асуы үшін әлі бірнеше онжылдық қажет болуы ықтимал.
Тілші: Қолданылу аясы туралы не айтасыз?
Тахир Маратұлы: Болжамды кванттық суперкомпьютердің қолданылу бағыты сан алуан болуы мүмкін. Мәселен, ғарыш бейнесін нақтылау үшін миллиардтаған жұлдыздың координаттарын есептеп, бір жүйеге түсіру қажет. Мұндай ауқымды есептерге қуатты техника керек екені түсінікті. Ал осы деңгейдегі есептеу құралын мемлекеттік басқару саласының күнделікті міндеттеріне пайдалану орынсыз. Егер жүйе әзірге жиырма кубитпен ғана шектелсе, технологиялық тұрғыдан ол қазіргі дәстүрлі суперкомпьютерлерден әлсіз болуы ықтимал. Әрине, болашақта жағдай өзгеруі мүмкін, бірақ әзірше мүмкіндігі шектеулі.
Тілші: Демек, қазір бәрі алғашқы тәжірибе мен зерттеу деңгейінде жүріп жатыр ғой?
Тахир Маратұлы: Иә, дәл солай. Қазақстандағы ақпараттық технологиялар тарихына көз салсақ, біз көбіне дайын техниканы бейімдеумен және сырттан алынған алгоритмдерді қолданумен шектеліп келдік.
Әрине, отандық физиктер шетелдік ғалымдармен бірлесіп жұмыс істей алады. Бізде мықты математиктер де бар. Бірақ елдің ғылыми-технологиялық деңгейін түбегейлі ілгерілете алатын мамандар санаулы ғана. Негізгі мәселе — технологиялық инфрақұрылымның әлсіздігі және нақты қолданбалы міндеттердің жеткіліксіздігі.
Мемлекет пен ғылым саласын үйлестіруші құрылымдардың орнында болсам, Қазақстанның шын мәнінде басым бағыттарына назар аударар едім. Елдің табиғи ресурстары мол — сол байлықты терең өңдеуді жолға қою қажет. Энергетикалық қамтамасыз ету деңгейін әлемдік көшбасшылық дәрежеге жеткізу маңызды. Атом энергетикасын дамыту керек. Микропроцессор өндірісін жолға қоюға ұмтылу міндетті емес, ішкі нарық ауқымы оған жеткіліксіз. Ең бастысы — заманауи техниканы халық шаруашылығының қажетіне бейімдей алатын білікті мамандарды даярлау. Шындықтан алшақ қияли жоспарлармен әуестенудің қажеті жоқ.
Бұл — алғашқы сарапшымыздың пікірі. Енді екінші спикеріміздің көзқарасына назар аударайық. Ол — физикаға әуес зерттеуші, жазушы, бірнеше фантастикалық повестің авторы Виктор Юрьевич Обухов.
Тілші: Сіздің пікіріңізше, кванттық интернетті құру жолында қандай түйткілдер бар және неге іс жүзінде бұл үдеріс соншалық күрделі?
Виктор Юрьевич: Кванттық компьютер идеясы пайда болған кезеңде-ақ кванттық шатасу құбылысын байланыс құралы ретінде пайдалану туралы ой да қатар туындаған еді. Кванттық желіде ақпарат жеткізу дәстүрлі жүйелердегідей екілік биттерді тасымалдайтын электрондар ағыны арқылы емес, өзара кванттық байланысқан бөлшектердің немесе атомдардың күйін жеткізу арқылы жүзеге асады.
Қазіргі техникалық шешімдер деңгейінде бұл мақсатқа ең қолайлы бөлшек — фотон. Оны талшықты-оптикалық кабель арқылы лазерлік сәулені барынша әлсірету және поляризациялау тәсілімен жіберуге болады. Мәселен, бір кубитті жеткізу үшін төрт фотонның поляризациясы пайдаланылуы мүмкін. Айталық, олардың бірі тік бағытта, екіншісі көлденең, үшіншісі жоғары қарай қиғаш, төртіншісі төмен қарай қиғаш поляризацияланады. Осы күй комбинациясы ақпарат тасымалдаушысы қызметін атқарады.
Алайда мұнда күрделі мәселе бар. Кәдімгі электрондар ағыны қоршаған ортамен әрекеттескенде туындайтын күй өзгерістері олардың көптігі есебінен статистикалық тұрғыда теңгеріледі. Ал жеке фотонның сыртқы ортамен кез келген ықпалдасуы ақпараттың бұрмалануына ғана емес, толық жойылуына да әкелуі мүмкін. Бұл — кванттық байланыс саласындағы негізгі техникалық қиындықтардың бірі.
Жеке фотондарды талшықты-оптикалық кабель арқылы бұрмаланусыз тек өте қысқа қашықтыққа ғана жеткізуге болады. Сондықтан тасымалдау бағыты бойында сигналды күшейтетін арнайы құрылғылар қажет. Бірақ дәл осы тұста кванттық механиканың көшіруге тыйым салу қағидасы күшіне енеді. Дәстүрлі желіде сигналды қабылдап, күшейтіп, қайта жіберу мүмкін болса, кванттық жүйеде мұндай тәсіл қолданылмайды. Себебі сигналды өлшеу әрекеті толқындық функцияның күйреуіне әкеліп, ақпараттың жойылуына себеп болады.
Соңғы екі жыл ішінде кванттық түрлендіргіштер жасалып, сигналды бұрынғыдай бір-екі метр емес, жүздеген километрге дейін жеткізуге мүмкіндік туды. Дегенмен, интернет секілді кең тарамдалған желі құру үшін бұл көрсеткіш жеткіліксіз. Аталған мәселенің техникалық тұрғыдан қашан толық шешілетінін нақты болжау қиын. Мүмкін, жақын уақытта іргелі ғылыми жаңалық ашылып, бұл түйін тарқатылар. Ал мүмкін, оған ондаған жыл қажет болар.
Тілші: Кванттық компьютерлер мен кванттық интернетті дамыту ісімен әлемнің көптеген елдеріндегі жетекші ғалымдар жүйелі түрде айналысып келеді. Ал осы бағытта қазақстандық зерттеушілердің табысқа жету мүмкіндігін қалай бағалар едіңіз?
Виктор Юрьевич: Өкінішке қарай, жеке көзқарасым бойынша, Қазақстанда әзірге кванттық интернетті өз күшімен дамытуға жеткілікті ғылыми әрі техникалық негіз қалыптасқан жоқ. Мұндай ауқымды жобалар жоғары деңгейдегі зертханалық инфрақұрылымды, күрделі инженерлік шешімдерді және ұзақ мерзімді ғылыми бағдарламаларды талап етеді. Бізде бұл бағыттағы ізденістер бар болғанымен, толыққанды дербес шешім ұсыну үшін жүйелі база әлі де жетіспейді.
Тілші: Кванттық интернет болашақта қазіргі дәстүрлі интернеттің орнын басуы мүмкін бе?
Виктор Юрьевич: Бұл мәселеге басқа қырынан да қарауға болады. Кванттық интернеттің басты артықшылығы деректерді аса жоғары жылдамдықпен жеткізуде ғана емес, ең алдымен, оның бұзуға келмейтін байланыс ұсынуында. Бұл кванттық жүйелердің көшіруге болмайтындығы жөніндегі іргелі заңдылықпен түсіндіріледі.
Мысалы, бір пайдаланушы екіншісіне фотондардың төрт түрлі күйі арқылы шифрланған ақпарат жіберді делік. Егер үшінші тарап осы арнаға араласып, сигналды оқуға әрекет жасаса, кванттық жүйенің күйі бірден өзгереді. Мұны қабылдаушы тарап сигналды алған сәтте аңғарады. Ең бастысы, шифрлау кілті берілмегендіктен, бөгде адам ақпаратты иемдене алмайды. Яғни байланысқа сырттан араласу әрекеті жасырын қалмайды әрі нәтиже бермейді.
Алайда бүгінгі шынайы жағдайды да ескеру қажет. Соңғы онжылдықта интернет көпшілік үшін еркін ақпарат алмасу кеңістігі ретінде қабылданды. Дегенмен уақыт өте келе ол түрлі реттеуші және бақылаушы құрылымдардың ықпалына түсе бастады. Осы тұста маңызды сұрақ туындайды: бақылау тетіктеріне мүлде бағынбайтын, толықтай қорғалған жеке байланыс арнасы билік құрылымдарына қаншалықты қажет? Егер мұндай арнаны заңсыз әрекетке ниетті топтар пайдаланса ше? Мәселен, лаңкестік әрекет ұйымдастыруды немесе күш қолдану арқылы билікке қарсы қадам жасауды жоспарлағандар үшін мұндай байланыс құралы аса қолайлы болар еді.
Сондықтан техникалық тұрғыдан барлық мәселе шешіліп, кванттық байланыс желісі толық іске қосылған күннің өзінде, оған жеке пайдаланушылардың қолжетімділігі шектеулі болуы ықтимал. Бұл инфрақұрылым, ең алдымен, өнеркәсіптік, ғылыми, сондай-ақ мемлекеттік және әскери басқару міндеттерін орындауға бағытталуы мүмкін.
Алғашқы кванттық компьютерлерге жасалған тәжірибелерден бері жиырма жеті жыл өтті. Осы уақыт аралығында көптеген жаңалық ашылып, тіпті төңкерістік сипаттағы серпілістер жасалды. Соған қарамастан, кванттық интернет әлі де дамудың бастапқы кезеңінде тұр. Оның кең ауқымда іске асуы қаншалықты жылдам жүзеге асатынын уақыт көрсетеді. Бір анығы — бүгін елестету қиын болып көрінетін жаңалықтар әлі алда.
