Алексей Фёдоров руководит научной группой Российского квантового центра и лабораторией квантовых информационных технологий Университета «МИСИС», разрабатывает криптографические алгоритмы и облачные платформы для квантовых вычислений, преподаёт в МФТИ. В 2019 году он вошел в список Forbes Russia «30 до 30» в разделе «Наука и технологии». Алексей рассказал команде портала «Большая российская энциклопедия» о своем пути в науку, квантовых компьютерах, любимых учёных и поэтах.
Вы занимаетесь квантовыми информационными технологиями. Расскажите немного о них: где их уже можно встретить и какие у них перспективы?
Квантовые информационные технологии — это направление на стыке теории информации, компьютерных наук и квантовой физики. С одной стороны, мы можем использовать квантовую физику, чтобы разработать устройства для эффективной обработки, передачи, хранения и защиты информации, а с другой — использовать теорию информации и компьютерные науки, чтобы понимать свойства сложных квантовых систем.
У квантовых технологий есть первые практические воплощения в виде квантовых компьютеров, которые развиваются и строятся и в мире, и в России. В июле 2023 года на Форуме будущих технологий представили 16-кубитный квантовый компьютер, сделанный в России. Это новый инструмент для обработки информации, который потенциально — при дальнейшем увеличении количества кубитов и качества операций с ними — сможет решать те задачи, которые недоступны компьютерам, работающим на классических принципах.
Как в условиях новых вызовов развиваются квантовые технологии в России?
В 2019 году разработали Дорожную карту по квантовым технологиям, с 2020 года реализуются Дорожные карты по квантовым вычислениям и квантовым коммуникациям, которые курируют Росатом и РЖД соответственно. Конечно, научно-технологические вызовы в этих областях колоссальные. Кроме того, многие научные институты в области квантовых вычислений попали под санкции. При этом динамика развития очень хорошая: есть конкретные результаты и есть понимание, куда двигаться дальше с точки зрения увеличения мощности вычислительных квантовых компьютеров и того, какие задачи на них будут решаться. Также есть внимание и поддержка со стороны государства — это важный фактор.
На чем сейчас фокусируется ваш основной научный интерес?
Основная сфера моих научных интересов сейчас — это квантовые алгоритмы, создание инструментов для квантовых компьютеров, с помощью которых решаются практические задачи. Мы разрабатываем квантовые алгоритмы для совершенно разных сфер: оптимизации, химии, создания новых лекарств и машинного обучения.
Это очень интересно: когда мы программируем алгоритмы на классическом компьютере — этот компьютер у нас есть. Мы можем экспериментальным образом понять, что алгоритм работает. А здесь мы разрабатываем алгоритмы для устройств, которые не всегда нам доступны. Мы программируем устройства будущего, и это очень завораживает.
Кроме того, мы пытаемся понять, как построить квантовый компьютер более эффективным образом. Например, мы предположили разработать квантовый компьютер, который работает не с помощью кубитов, а с помощью кудитов.* Это тоже интересно, поскольку это способ масштабировать мощность квантовых компьютеров — не только за счёт увеличения количества физических носителей информации, но и за счёт увеличения сложности каждого его элемента. Эта разработка составляет для нас предмет особой гордости: здесь мы демонстрируем многие результаты первыми в мире. Эти работы мы делаем в Российском квантовом центре совместно с группой Н.Н. Колачевского и ФИАН им. П.Н. Лебедева.
*Кудиты — это двухуровневые квантовые системы, квантовые аналоги битов информации. Кудиты — многоуровневые квантовые системы.
Поговорим о вашем карьерном пути. Всегда ли вы знали, что станете учёным? Помните ли вы момент, когда у вас появилась тяга к науке?
Я просто пробовал разные вещи, а потом понял, что пробовать и решать разные задачи — это и есть исследовательская деятельность. Я осознал, что я не просто могу заниматься наукой — я не могу ей не заниматься.
Я читал биографии учёных, и мне было очень интересно понять, как была устроена их жизнь, почему они выбирали те или иные научные дисциплины. Когда я столкнулся с рядом учёных, которые посвятили всю свою жизнь квантовой механике и квантовой физике, я понял, что это абсолютно уникальная сфера знаний, завораживающая своей контринтуитивностью, невозможностью применить свой повседневный жизненный опыт к описанию чего-либо и вместе с тем обладающая колоссальной предсказательной силой и точностью.
Биографии каких учёных вас особенно поразили?
Лев Ландау, например, очень рано сделал свои первые работы в квантовой физике. Я много читал про Ричарда Фейнмана и Петра Капицу. Недавно вышел фильм «Оппенгеймер» про отца американской атомной бомбы — там много времени посвящено его знакомству с квантовой физикой и тому, какое удивительное было время с точки зрения открытия новых фундаментальных физических эффектов.
Вы очень рано поступили в Бауманку — в 15 лет. А как у вас обстояли дела с учёбой в школе?
Мне было слишком многое интересно из того, что находится за пределами школьной программы по физике. Я хорошо помню, как рассказывал у доски про открытие нейтрона и строил свой рассказ не на основе учебника, а на основе того, что сам прочитал об этом. Учитель, естественно, пытался ввести меня в рамки, но я хотел понять и разобраться, как был устроен этот эксперимент, откуда вообще возникла идея. Много лет спустя я прочитал оригинальную статью об открытии нейтрона в журнале Nature — она достаточно короткая, но очень ёмкая и интересная.
В восьмом или девятом классе я прочитал «Краткую историю времени» Стивена Хокинга. Она очень сильно на меня повлияла — частично из-за персоналии Хокинга, но во многом потому, что там простым языком излагались фундаментальные концепции квантовой физики и общей теории относительности, а также обсуждались нерешённые физические проблемы. И это большой вызов для человечества — найти ответ на эти вопросы: как устроены чёрные дыры или что будет, если немножко поменять все физические константы. Это меня сподвигло на то, чтобы думать о научной карьере.
Был ли у вас наставник, который помог вам сделать первые шаги в науку?
За мою научную карьеру мне посчастливилось учиться у большого количества людей. На каждом этапе жизни я занимался разными задачами, в которых мне помогали разные люди. Когда я начинал интересоваться наукой, мне помогли преподаватели из МГТУ им. Н.Э. Баумана, например Станислав Юрченко. Когда я работал студентом в Институте проблем механики, мне посчастливилось познакомиться с Александром Иосифовичем Овсеевичем, который показал мне красоту математического описания мира. Я участвовал в семинарах Юрия Ефремовича Лозовика, многому научился у него; всегда вдохновлялся его поразительной физической интуицией. Многие задачи мне ставил Владимир Иванович Манько, с его идеями связаны мои первые научные работы. В Российский квантовый центр я попал благодаря Александру Львовскому, который дал мне уникальную возможность — попробовать себя в роли экспериментатора. Это уникальный опыт. Когда я ездил студентом на стажировку, то попал в замечательную научную группу Евгения Демлера. Диссертацию я сделал под руководством Георгия Шляпникова — физика-теоретика и представителя «школы Ландау», — а также Владимира Исааковича Юдсона — яркого физика-теоретика, широко известного за ряд элегантных научных работ и разработанной им техники в теоретической физике. Так что я могу назвать себя очень везучим человеком: я учился и продолжаю учиться у лучших.
Есть ли какие-то вещи, которые вас раздражают в работе учёного?
Многих моих коллег раздражает писать научные статьи, а мне это нравится. Сложности, безусловно, присутствуют — например, когда что-то совсем не получается или твоя идея не находит отклика с первого раза. Иногда приходится сначала сознательно пройти неправильный путь, чтобы показать, что он не работает, перед тем как пойти по тому пути, который изначально казался правильным.
Вопрос в том, как ты к этим сложностям относишься. Если как к стоп-факторам — это, конечно, не позволяет продвигаться дальше. Если ты относишься к ним как к точке роста, это может сделать тебя сильнее. Поэтому в какой-то момент я понял: чтобы ощущать себя счастливым, многие вещи необходимо просто принимать и осмыслять.
Как проходит ваш обычный день?
Одна из первых вещей, которые я делаю, когда просыпаюсь, — читаю сайт arxiv.org. Каждый рабочий день там выходят препринты научных статей — то, что будет направлено в научные журналы в ближайшее время. Это самый быстрый способ узнать, что происходит в мире науки. Статьи, которые меня больше всего привлекают, я либо сразу читаю, либо сохраняю себе в закладки.
Потом у меня рабочий день. Они бывают разные — уединённые, спокойно-творческие, когда можно посидеть, о чём-то подумать, обсудить это с коллегами. А бывают нагруженные различными мероприятиями и встречами, поскольку интерес к нашей деятельности колоссальный и многие люди хотят узнать о том, чем мы занимаемся и чем это может быть им полезно.
Существенное время я трачу на популяризацию науки, потому что верю, что результаты, которых мы достигаем, в какой-то момент должны стать достоянием прикладной науки и технологий.
Любимые книги, фильмы и сериалы?
Я люблю смотреть сериалы, это позволяет разгрузиться. «Теория большого взрыва» — хороший сериал, который интересно рассказывает о научной жизни. Мне нравятся сериалы «Доктор Хаус» и «Остаться в живых», в котором, кстати, и рекомендовали прочитать книгу «Краткая история времени». Из российских — «Триггер».
Лучшую научно-популярная книга — «Краткая история времени» Стивена Хокинга, всем её горячо рекомендую. Из художественной литературы — Хемингуэй. Еще со времён школьной программы очень нравятся произведения Гоголя, особенно «Шинель». Потрясающая книга, очень ценю её как важное культурное произведение. Мне нравится поэзия, например Иосиф Бродский — к нему я часто обращаюсь.
Чем уникальна работа в науке? Почему она может быть привлекательна для молодых специалистов?
Наука — это сфера, в которой ты каждый день делаешь что-то абсолютно новое. Конечно, это немножко декларативное заявление, потому что иногда приходится длительное время концентрироваться на одной проблеме. Тем не менее в науке сфокусировано большое количество неизвестного, и тебе может посчастливиться первому ответить на какие-то вопросы или познакомиться с самыми передовыми результатами. Можно представить, что есть физическая вселенная с разными точками в пространстве-времени, а есть вселенная знаний, и ты можешь в этой вселенной знаний оказаться в той точке, в которой никто до тебя не был. Это очень вдохновляет.
Необходимо отметить, что поддержка науки сейчас очень существенная. Строя научную карьеру, можно достойно жить, зарабатывать и чувствовать себя очень комфортно, общаться с людьми, чувствовать себя нужным своей стране. Например, недавно была учреждена национальная премия «Вызов», цель которой — отметить самые передовые научные результаты и инженерные решения.
Что бы вы сказали молодым людям, которые хотят связать свою жизнь с наукой?
Это очень интересный путь. Из того, что я рассказываю, может сложиться впечатление, что он такой простой и линейный. На самом деле на пути возникает много сложностей, но это и делает его по-настоящему захватывающим. Наука — это шанс познакомиться с интересными людьми и совершить какое-то открытие: это может быть новая вакцина, новый алгоритм или новое устройство. Результаты, полученные тобой или тобой как частью коллектива, могут стать достоянием человечества. Иметь в принципе такую возможность — это очень сильная мотивация. Поэтому, если вы чувствуете в себе неугасаемое любопытство, наука — это та сфера, которой можно посвятить жизнь.
Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о науке и её представителях.
Материалы по теме «Индустрия»:
От курсовой до статьи в научном журнале: интервью с молодым учёным
Инженерный марафон IMAKE: изобретать без остановки
Социальная сеть для российских учёных
От школьного конкурса к своему спутнику: интервью с молодым изобретателем