Квантові технології подолали технічні бар'єри і увійшли у період промислового тестування

30B років похибки не перевищує 1 секунду, квантова технологія знову оновлює точність відліку часу людства. У березні цього року наукова команда з Університету науки і технологій Китаю (USTC) під час розробки оптичного годинника досягла прориву на рівні 10-19, просунувши глобальні стандарти часу в оптичну епоху. Ця нова вимірювальна точність відчиняє двері для цілої низки передових застосувань.

Століття тому фізики з’ясували, що класична фізика не може пояснити мікросвіт, тож з’явилася квантова механіка. Нині квантова технологія долає межі класичної фізики, переосмислюючи обчислювальні можливості, точність сприйняття та безпеку інформації людини.

Будучи однією з шести майбутніх індустрій, визначених у Стратегічному плані «П’ятнадцята п’ятирічка» (十五五), квантова технологія є важливою опорою для Китаю в тому, щоб зайняти ключову позицію в майбутній науці та індустріальних дискурсах. Наразі в Китаї досягнуто проривів у трьох основних напрямах: квантових обчисленнях, квантовому зв’язку та квантових прецизійних вимірюваннях. Науково-дослідні інституції на кшталт USTC та Шеньчженьського міжнародного інституту квантових досліджень, а також провідні компанії на кшталт Guodun Quantum, GQY Quantum та Origin Quantum (本源量子) вирізняються на ринку; сформувалася, принаймні на початковому етапі, модель, коли дослідницькі кластери стимулюють розвиток індустрії.

Однак від оригінальних проривів у лабораторії до масштабованих застосувань на рівні ланцюга постачання квантовій технології ще потрібно подолати багато прірв. За спільних зусиль ця боротьба за прорив уже рухається до перелому.

ЗАХОПЛЕННЯ ТРЬОХ ОСНОВНИХ КОРИДОРІВ

Квант — це «найменша одиниця», з якої складається енергія світу. Вчені використовують властивості квантів, щоб за правилами мікросвіту перестворити макросвіт.

У традиційній сфері обчислень біти є найменшою одиницею інформації, вони складаються з двох станів — 0 і 1. Натомість у квантовому світі квантовий біт може одночасно перебувати в накладеному стані 0 і 1, наче монета, що обертається, поєднує атрибути «обох боків»; між кількома квантовими бітами виникає заплутаність, яку можна застосовувати для високоефективних узгоджених обчислень; загальна кількість станів для n квантових бітів може досягати 2 у степені n, що дозволяє підвищувати вимірність продуктивності обчислень.

У глобальних трьох основних напрямах — квантових обчисленнях, квантовому зв’язку та квантових прецизійних вимірюваннях — китайські наукові інституції й компанії демонструють «жорстку» силу, що відповідає рівню міжнародних топів.

Квантові обчислення загальновизнано як найскладніша сфера в квантовій технології. Їхня мета — винайти квантовий комп’ютер, щоб виконувати обчислювальні завдання, які класичні комп’ютери не здатні завершити. Це також є головним напрямом фокусного прориву для вчених у різних країнах, а також технологічних гігантів на кшталт Microsoft і Google.

Origin Quantum, що походить із Ключової лабораторії квантової інформації Китайської академії наук, успішно розробила надпровідниковий квантовий комп’ютер «本源悟空», який оснащено 72-розрядним (72-бітовим) автономним надпровідниковим квантовим чипом. Як повідомляється, «本源悟空» через співоптимізацію програмних і апаратних компонентів за допомогою операційної системи квантового комп’ютера «本源司南» та системи квантового вимірювального контролю «本源天机», нині стабільно працює понад два роки; загалом виконано понад 800 тисяч квантових обчислювальних задач для 163 країн і регіонів світу.

У сфері зв’язку квантовий розподіл ключів має властивість: перехоплення відразу виявляється, тож зв’язок переходить у епоху абсолютної безпеки. Відомий квантовим захищеним зв’язком Guodun Quantum, спираючись на глобально провідне патентне позиціонування в галузі квантового зв’язку тощо, автономно розробив п’яте покоління ключового обладнання для квантового захищеного зв’язку. Це сприяло створенню першої у світі лінії квантового захищеного зв’язку на рівні тисячі кілометрів «京沪干线», державної широкомасштабної магістральної мережі квантового захищеного зв’язку та мережі «天地一体广域量子保密通信网络» та інших масштабних проєктів. Усе це забезпечує ключову технічну підтримку для того, щоб квантовий зв’язок вийшов із лабораторії на рівень демонстраційного застосування та масштабного розгортання.

GQY Quantum зосереджується насамперед на сфері квантових прецизійних вимірювань і автономно розробляє висококласні наукові прилади. Керівник компанії, пов’язаний з темою, розповів репортеру Securities Times: наприклад, ключовим компонентом є алмазний квантовий зонд (金刚石量子探针). Діаметр кінчика зонду становить лише 500 нанометрів — приблизно 1/100 товщини людського волосся. Цей надзвичайно малий кінчик зонду інтегрує сенсор на атомному рівні з масштабом лише близько 0,5 нанометра. Як термометр здатен відчувати температуру людського тіла, а щоб «прослухати» окрему клітину та молекулу, потрібні ще більш мікроскопічні й чутливі інструменти вимірювання — саме тоді на допомогу приходять квантові прилади. У 2018 році GQY Quantum представила перший у країні вітчизняний промисловий (для комерційного використання) X-діапазон електронного спінового резонансного спектрометра (X波段电子顺磁共振波谱仪). Це однією спробою зламало технічну монополію іноземних брендів, і стало важливим проривом у плані індустріалізації технологій квантових прецизійних вимірювань.

Нині траєкторія розвитку Китаю в трьох основних підгалузях квантової технології різниться. У сфері квантового захищеного зв’язку Китай займає провідні позиції у світі. У дослідженнях квантових комп’ютерів Китай іде пліч-о-пліч зі США, тобто разом входить до глобальної першої групи. У сфері квантових прецизійних вимірювань Китай на окремих сегментах лідирує частково, але в галузі висококласних наукових приладів та інших напрямах відрізняється від розвинених країн.

ПРОБИВАННЯ ТЕХНІЧНИХ «ВУЗЬКИХ МІСЦЬ»

Індустрія висококласних наукових приладів у Китаї почала формуватися пізніше. У верхній частині ланцюга постачання (upstream) уніфіковані високоточні та складні компоненти через власне виробництво мають очевидні прогалини. Середньо- та висококласні квантові вимірювальні комплекти тривалий час були монополізовані міжнародними гігантами. Ба більше, існували навіть обмеження на експорт і технологічні блокування зі сторони західних держав. Крім того, дуже бракує кросдисциплінарних висококласних кадрів у квантовій галузі, які мають глибоку теоретичну базу та досвід індустріалізації, — і це стало важливим «вузьким місцем», що стримує розвиток індустрії.

Сувора реальність змушує китайські компанії прокладати власний шлях. Представник GQY Quantum зазначив: щоб відповісти на зовнішні виклики, компанія автономно подолала й опанувала фундаментальні «хардкорні» технології, зокрема «генерацію та контроль високостійких і рівномірних магнітних полів», «технологію мікрохвильового керування спінами (spin control)» та «проєктування і виготовлення квантових сенсорів», просуваючи контрольованість і самостійність — від ключових компонентів до повної системи приладу. Одночасно компанія встановила чіткий план розвитку: у верхній частині — поглиблювати співпрацю локального ланцюга постачання, просувати власні розробки й самостійне виготовлення ключових компонентів, комплексно підвищувати автономність і стійкість ланцюга; у нижній частині — спиратися на «Quantum Instrument Valley» (量子科仪谷), щоб розбудовувати глобальну мережу застосувань і прискорювати індустріалізацію квантових технологій у таких сферах, як промислове виробництво, здоров’я життя та енергетика.

Заступник генерального директора Guodun Quantum, Чжоу Лэй, заявив, що коли лабораторні технології виходять на рівень індустріалізації, ключовим є досягти автономної керованості основних компонентів, а також забезпечити, щоб продукти стабільно й надійно переходили в інженерну реалізацію та масштабоване застосування. У процесі розвитку компанія стикалася з низкою проблем, зокрема: обмеженим постачанням ключових електронно-оптичних елементів, складністю інтеграції кінцевих продуктів, складною інженерією з побудови мереж. Наприклад, у випадку з однофотонними детекторами на самому ранньому етапі міжнародні продукти були дорогими, а частка придатних виробів (yield) — низькою, що суттєво стримувало розвиток квантового зв’язку в Китаї. В умовах пасивної ситуації, коли ключові компоненти «упираються в вузьке місце», Guodun Quantum разом із внутрішніми сильними підрозділами провела понад тисячу раундів експериментів і проривних робіт, розробивши вітчизняний однофотонний детектор із характеристиками, значно кращими за міжнародні аналоги. Серія таких продуктів підтримала масштабні проєкти, зокрема «京沪干线» і «天地一体广域量子保密通信网络», створюючи міцну основу для масштабованого розвитку квантового зв’язку.

У 2025 році Guodun Quantum представила у світі перший чотириканальний глибокозаглиблений (глибокого охолодження) однофотонний детектор. На ключових показниках, таких як ефективність детектування, рівень темнових шумів і інтегрованість, продукт оновив світовий рекорд (600628). За обсягом він становить лише 1/9 від міжнародних аналогів. Наразі серія однофотонних детекторів, розроблених компанією самостійно, може задовольнити переважну більшість сценаріїв застосування однофотонної детекції, пропонуючи високий рівень співвідношення ціни й якості для практичних рішень, зокрема для наддалекого квантового розподілу ключів і однофотонного зображення.

Завдяки випереджальному плануванню Департаменту науки і техніки провінції Гуандун Шеньчженьський міжнародний інститут квантових досліджень рано сформував напрямки робіт із розробки ключових квантових приладів, таких як електронні літографи, кріоголовки для низьких температур і розбавлювальні холодильники. До того, як закордонні країни запровадили технологічну заборону та блокування для Китаю, відповідні технології вже були практично повністю розроблені, а інститут успішно прорвав іноземні «вузькі місця» з точки зору технічного блокування.

«Несемо яйця дорогою» на шляху до індустріалізації

У певній лабораторії з квантових обчислень репортер побачив вивіску із парою віршованих рядків (парні рядки). Там написано: «披荆斩棘测数据、乘风破浪发核心»; по горизонталі — «永不退稿». Реальність така, що хоча квантові обчислення в Китаї вже досягли прориву в публікації ключових статей і подоланні технічних «вузьких місць», їм усе ще потрібно рухатися далі — до індустріалізації та комерціалізації.

Чжоу Лэй каже, що шлях розвитку квантової технології не є традиційним маршрутом «спочатку зрілі технології — потім виходимо на ринок», а є глибоким поєднанням наукових досліджень і індустрії та інноваційним шляхом «несемо яйця дорогою».

«Несемо яйця дорогою» — це термін, який використовують у квантовому співтоваристві: у процесі сходження на наукові вершини етапні технічні результати своєчасно перетворюються на практичне втілення у формі продуктів. Ця модель «несемо яйця дорогою» проходить через три великі напрями: квантовий зв’язок, квантові обчислення та квантові вимірювання, і саме вона стає ключовим маршрутом, за яким квантова технологія впродовж найближчого часу виходить із лабораторій на ринок.

Директор Шеньчженьського міжнародного інституту квантових досліджень, академік Китайської академії наук Юй Дапен заявив репортерові: розробка наукових приладів має забезпечити серійне виробництво й індустріалізацію (щоб реально реалізувати цінність). У минулому багато проєктів у різних країнах: після того, як зробили прототип і пройшли приймальні випробування, їх потім відкладали, через що технології зрештою втрачалися. З огляду на це Шеньчженьський міжнародний інститут квантових досліджень створив засновницьку команду з молодих талантів різних дослідницьких команд; кожна команда заснувала компанію, зосереджуючись на різних ключових технологіях і продуктах, щоб доводити їх до індустріального рівня. Відповідні продукти вже почали продаватися на ринку. Лише за минулий рік інститут «вигодував» вісім таких технологічних компаній; зокрема компанії на кшталт Kunpeng Zhuoyue вже демонструють сильну дослідницько-розробницьку спроможність і потенціал індустріалізації в галузі квантових обчислювальних апаратних засобів. Практика Шеньчженьського міжнародного інституту квантових досліджень — це типовий приклад «несемо яйця дорогою».

Наразі, хоча частина компаній заявляє про прорив в індустріалізації, загальна база все ще доволі слабка. Наприклад, більшість компаній орієнтуються на продажі переважно університетам та науково-дослідним інституціям для наукових цілей; масштаби ринку в таких сценаріях відносно невеликі. У майбутньому потрібно ще більше розширювати сценарії масштабованого застосування в цивільній сфері, в промисловості тощо, щоб індустрія справді здійснила повний перехід від лабораторії до ланцюга постачання.

Кілька опитаних представників галузі зазначили: нинішній розвиток технологій квантових обчислень ще дуже далекий від етапу комерційної готовності, який уявляє собі ринок. Квантові обчислення досі залишаються на рівні наукових інструментів; нових обчислювальних можливостей, які можна швидко втілити в практику, ще не з’явилося, тому вони не можуть напряму надавати компаніям практичні послуги. Їхні клієнти в основному обмежуються науково-дослідними інститутами, університетами та невеликою кількістю інноваційних компаній — для експериментів із технологіями та проведення досліджень. Окрім кількох математичних задач, спеціально створених під квантові комп’ютери, де було досягнуто квантової переваги, на цьому етапі ключове завдання квантових обчислень — наздогнати класичні комп’ютери.

«Ключова ціль квантових обчислювальних компаній у короткостроковій перспективі — вижити: накопичувати технології, вирощувати ринок і чекати на одночасне дозрівання і технологій, і ринку». Юй Дапен вважає, що квантова індустрія — це довгострокова траєкторія, тоді як квантовим обчисленням потрібен період вирощування 5—10 років. Він радить: підтримувати високий рівень витрат на науково-дослідні роботи, вдосконалити систему підготовки кадрів, посилити узгодженість дій у ланцюгах постачання та спрямувати терплячий капітал на закладення основ — щоб КНР перейшла від держави квантових технологій до держави, що є квантовою технологічною силою, і щоб сприяти досягненню цілей «П’ятнадцятої п’ятирічки» у сфері квантової технології: «квантовий зв’язок — глобальне лідерство, квантові обчислення — практичні прориви, квантові вимірювання — масштабоване застосування».

(Редактор: Чжан Янь)

     【Відмова від відповідальності】Ця стаття відображає лише особисті погляди автора та не має відношення до Hexun. Сайт Hexun зберігає нейтралітет щодо наведених у тексті тверджень і суджень; не надає явних чи неявних гарантій щодо точності, надійності або повноти будь-якого змісту. Будь ласка, читачам слід використовувати цю інформацію лише як довідку та самостійно нести повну відповідальність. Електронна пошта: news_center@staff.hexun.com

Поскаржитися