Алексей Константинович Фёдоров: гений квантовой физики

Введение

Алексей Константинович Фёдоров — выдающийся молодой российский учёный в области квантовых технологий. Он возглавляет Институт физики и квантовой инженерии НИТУ «МИСИС», научную группу в Российском квантовом центре (РКЦ) и преподаёт в МФТИ.

Фёдоров известен разработками в квантовых вычислениях, включая ионные ловушки и облачные платформы, а также пионерскими работами в квантовой криптографии, например, созданием квантового блокчейна.

В 2019 году он вошёл в список Forbes «30 до 30», а в 2021 получил премию «За верность науке». Его руководство ключевыми направлениями в ведущих научных центрах России подчёркивает его значительное влияние на развитие квантовых технологий в стране.

Биография

Дата и место рождения

Алексей Константинович Фёдоров родился 1 ноября 1993 года в Москве.

Ранние годы и вдохновение

Фёдоров окончил школу с золотой медалью, в 15 лет поступил в МГТУ им. Н. Э. Баумана, а в 2017 году защитил диссертацию по теоретической физике в Университете Париж-Сакле под руководством профессора Георгия Шляпникова.

В семье Алексея несколько поколений инженеров, и инженерное образование считалось ключевым. Это семейное окружение также сыграло роль в выборе пути и формировании мировоззрения учёного. Учёба в МГТУ им. Баумана дала ему не только фундаментальные знания, но и возможность заниматься научной деятельностью вне рамок основной программы, что позволило ему начать работать с квантовой криптографией и другими передовыми направлениями.

Академический путь

Университеты и научные институты

Алексей Константинович Фёдоров получил образование и ведёт научную деятельность в следующих университетах и научных институтах:

• В 2015 году с отличием окончил Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (МГТУ им. Баумана), куда поступил в 15 лет.
• В 2017 году защитил диссертацию по теоретической физике в Университете Париж-Юг (Париж-Сакле) под руководством профессора Георгия Шляпникова.
• Работает в Российском квантовом центре, где с 2019 года руководит научной группой «Квантовые информационные технологии».
• Является директором Института физики и квантовой инженерии Национального исследовательского технологического университета «МИСиС».
• Профессор кафедры Российского квантового центра Московского физико-технического института (МФТИ), где преподаёт авторский курс по квантовым технологиям.

Ученый проходил стажировки и научные визиты в Университете Калгари (Канада), Гарвардском университете (США) и Институте квантовой оптики Макса Планка (Германия).

Заслуги и достижения на ранних этапах карьеры

На ранних этапах своей карьеры Алексей Константинович Фёдоров достиг значительных успехов, которые выделили его среди молодых учёных в области квантовых технологий:

• Уже в 2017 году, в возрасте 24 лет, он защитил диссертацию по теоретической физике в Университете Париж-Сакле, что стало важным шагом в его научной карьере.
• В 2019 году Фёдоров вошёл в престижный список Forbes «30 до 30» в номинации «Наука и технологии», что свидетельствует о признании его вклада в науку на национальном уровне.
• В том же году он получил грант Президентской программы Российского научного фонда для молодых учёных, что позволило ему развивать собственные научные проекты.
• С 2019 года возглавляет научную группу «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре, где занимается разработкой квантовых алгоритмов и программного обеспечения.
• В 2020 году в возрасте 26 лет стал профессором кафедры Российского квантового центра Московского физико-технического института (МФТИ), что является редким достижением для учёного такого возраста.
• В том же году возглавил проект Лидирующего исследовательского центра «Квантовые вычисления» на базе Российского квантового центра, в рамках которого была разработана отечественная квантовая вычислительная платформа с облачным доступом.
• В 2021 году был удостоен премии «За верность науке» за вклад в популяризацию науки и технологий среди молодёжи.
• В 2022 году возглавил лабораторию Университета НИТУ «МИСИС» в рамках стратегического проекта «Квантовый интернет».
• В 2023 году стал руководителем Института физики и квантовой инженерии НИТУ «МИСИС» и вошёл в состав Координационного совета по делам молодёжи в научной и образовательной сферах при Президенте РФ.

Фёдоров является автором более 100 научных публикаций в ведущих международных журналах, имеет индекс Хирша около 30 и более 2700 цитирований, что отражает высокий научный авторитет и влияние его работ.

Научная деятельность

Область исследований и специализация

Алексей Константинович Фёдоров специализируется в области квантовых информационных технологий и квантовой физики. Его научные интересы охватывают:

• Квантовую теорию информации и физику квантовых технологий, включая квантовые вычисления и квантовые коммуникации.
• Разработку квантовых алгоритмов для задач оптимизации, моделирования молекул и машинного обучения.
• Исследования в области квантовой томографии и методов характеризации сложных квантовых систем с применением квантовой гомодинной томографии и машинного обучения.
• Создание квантовых процессоров на основе ионов с облачным доступом, использование многоуровневых квантовых систем (кудитов) для повышения эффективности квантовых алгоритмов.
• Прикладные исследования в области постквантовой криптографии и программного обеспечения для квантовых компьютеров.

Он руководит научной группой «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре и является одним из авторов Дорожной карты по квантовым технологиям в рамках национальной программы «Цифровая экономика». Фёдоров также возглавляет Институт физики и квантовой инженерии в НИТУ «МИСИС» и преподаёт в МФТИ.

Важные темы и проблемы, затронутые ученым

Алексей Константинович Фёдоров в своих исследованиях и выступлениях затрагивает ряд важных тем и проблем в области квантовых технологий, которые можно выделить следующим образом:

• Квантовые вычисления: создание квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные классическим компьютерам, такие как оптимизация, моделирование материалов и обработка данных машинного обучения. Это направление связано с разработкой квантовых алгоритмов и аппаратных платформ на базе ионов, атомов, фотонов и электронов.
• Квантовые коммуникации: передача информации с использованием квантовых систем, обеспечивающая гарантированную защиту данных на основе фундаментальных физических законов. Это важная область для создания защищённых каналов связи и квантового интернета.
• Квантовая сенсорика: разработка квантовых датчиков и измерительных приборов для максимально точного определения параметров окружающей среды, что открывает новые возможности в науке и технике.
• Разработка квантового программного обеспечения и алгоритмов: создание эффективных методов квантового машинного обучения, квантовой томографии и оптимального управления квантовыми системами, что необходимо для практического применения квантовых вычислительных платформ.
• Интеграция квантовых технологий в национальные программы цифровой экономики: участие в формировании дорожных карт и стратегий развития квантовых вычислений и коммуникаций в России, что способствует развитию отечественной науки и промышленности.

Ключевые проблемы и темы, которые затрагивает Алексей Фёдоров, связаны с фундаментальными и прикладными аспектами квантовых технологий - от теоретических основ и алгоритмов до создания аппаратных платформ и интеграции квантовых систем в реальные технологические процессы и национальные проекты.

Ключевые публикации

Алексей Константинович Фёдоров является автором более 100 научных публикаций в области квантовой физики и квантовых технологий. Среди ключевых тем его работ - квантовые вычисления, квантовые алгоритмы, квантовая криптография и квантовые коммуникации.

Некоторые важные публикации и достижения Фёдорова включают:

• Разработку и экспериментальную реализацию протокола квантово-защищённого блокчейна - первой в мире демонстрации такого рода.
• Исследования в области квантовой томографии и методов оптимального управления квантовыми системами.
• Создание квантовых алгоритмов для решения задач оптимизации и моделирования молекул, а также для квантового машинного обучения.
• Участие в разработке отечественной квантовой вычислительной платформы с облачным доступом на базе ионных квантовых процессоров.
• Публикации в ведущих международных журналах с высоким индексом цитирования, что отражает значимость и влияние его научных результатов.

Ученый активно публикуется в популярных изданиях и выступает с научно-популярными статьями, объясняя перспективы и вызовы квантовых технологий для широкой аудитории.

Влияние публикаций на развитие отрасли

Публикации Алексея Константиновича Фёдорова оказали значительное влияние на развитие квантовых технологий в России и мире, охватывая научные, образовательные и прикладные аспекты. Вот ключевые направления их воздействия:

1. Технологические прорывы

Разработка квантового блокчейна - первой в мире системы, сочетающей квантовую криптографию и распределённые реестры. Это открыло новые возможности для защиты данных в финансовом секторе и IoT.

Создание облачной платформы квантовых вычислений на базе ионных процессоров, что позволило российским исследователям и компаниям тестировать алгоритмы без дорогостоящего оборудования.

Предложение архитектуры кудитов (многоуровневых квантовых систем), повышающей эффективность квантовых вычислений. Данный подход сейчас активно исследуется в США, Китае и ЕС.

2. Образование и популяризация

Авторские курсы в МФТИ и публикации в изданиях вроде «Хабра» и Forbes способствуют подготовке кадров для квантовой индустрии. Например, его статья на «Хабре» о взломе шифрования квантовыми компьютерами собрала более 50 тыс. просмотров.

Выступления на TEDx и в СМИ (например, интервью CNews) делают квантовые технологии доступными для широкой аудитории, стимулируя интерес молодежи к науке.

3. Бизнес-внедрение

Публикации Фёдорова по квантовому машинному обучению легли в основу проектов в фармацевтике. В 2023 году его команда обнаружила перспективные молекулы для лекарств с помощью квантовых алгоритмов.

Прогнозы о коммерциализации квантовых технологий (3-5 лет для бизнес-решений) задали ориентиры для таких компаний, как «Росатом» и Сбер, инвестирующих в эту область.

4. Стратегическое планирование

Участие в создании Дорожной карты квантовых технологий для программы «Цифровая экономика» определило приоритеты развития отрасли в России, включая финансирование исследований и инфраструктуры.

5. Международное признание

Работы Фёдорова по квантовой томографии и оптимизации алгоритмов цитируются в исследованиях MIT и IBM. Его индекс Хирша (~30) подтверждает влияние на глобальную научную повестку.

Публикации Алексея Фёдорова не только продвигают теоретические исследования, но и служат мостом между наукой, бизнесом и обществом, ускоряя переход квантовых технологий из лабораторий в реальные секторы экономики.

Исследовательские проекты

Алексей Константинович Фёдоров с 2019 года руководит научной группой «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре (РКЦ), где реализует ряд важных исследовательских проектов в области квантовых вычислений и квантовой криптографии.

Основные исследовательские проекты и направления:

• Разработка ионных квантовых процессоров с использованием многоуровневых квантовых систем (кудитов). Эта технология позволяет кодировать в каждом ионе не один, а два кубита, что повышает точность и вычислительные возможности квантовых компьютеров. Проект предусматривает создание облачной платформы доступа к таким процессорам, что даёт возможность тестировать квантовые алгоритмы в реальных условиях.
• Экспериментальная реализация протоколов квантово-защищённого блокчейна - первая в мире демонстрация такого протокола, выполненная совместно с группами «Квантовые коммуникации» и «Квантовая оптика».
• Прикладные исследования в области постквантовой криптографии и разработка программного обеспечения для квантовых компьютеров. Эти направления развиваются в рамках спин-офф компании «КуАпп» и проекта «КуБорд».
• Участие в реализации Дорожной карты по квантовым технологиям, координируемой Росатомом, направленной на развитие квантовой индустрии в России, включая создание аппаратных платформ, разработку квантовых алгоритмов и подготовку кадров.
• Разработка новых методов создания квантовой запутанности и протоколов связывания многоуровневых кубитов для изучения квантовых фаз материй и калибровки квантовых компьютеров.
• Исследования и разработка квантовых алгоритмов для задач оптимизации, химического моделирования и машинного обучения, что открывает перспективы для практического применения квантовых вычислений в промышленности и науке.

Проекты Алексея Фёдорова охватывают полный цикл - от фундаментальных исследований и создания новых квантовых архитектур до прикладных решений и интеграции квантовых технологий в национальную экономику и промышленность.

Награды и признание

Алексей Константинович Фёдоров получил ряд значимых наград и признаний за вклад в науку и популяризацию квантовых технологий:

• В 2019 году вошёл в итоговый список Forbes Россия «30 до 30» в номинации «Наука и технологии», что отметило его как одного из ведущих молодых учёных страны.
• В 2021 году стал лауреатом премии «За верность науке» за вклад в популяризацию науки и технологий среди молодых учёных.
• С 2019 года получил грант Президентской программы Российского научного фонда для молодых учёных, что поддержало развитие его научных проектов.
• В 2022 году возглавил лабораторию Университета НИТУ «МИСИС» в рамках стратегического проекта «Квантовый интернет».
• В 2023 году вошёл в состав Координационного совета по делам молодёжи в научной и образовательной сферах при Президенте РФ и стал директором Института физики и квантовой инженерии НИТУ «МИСИС».
• В 2024 году был номинирован на Премию «Знание» за значительный вклад в развитие квантовых технологий и активную популяризацию науки среди широкой аудитории.

Кроме того, Алексей Фёдоров является приглашённым докладчиком на ведущих международных конференциях и членом редколлегии международного журнала EPJ Quantum Technologies, что подтверждает его признание в мировом научном сообществе.

Образовательная и общественная деятельность

Алексей Константинович Фёдоров активно занимается образовательной и общественной деятельностью, направленной на развитие квантовых технологий и подготовку кадров в этой области:

• С 26 лет он является профессором Московского физико-технического института (МФТИ), где преподаёт авторский курс по основам квантовых технологий на кафедре Российского квантового центра. Этот курс ориентирован на подготовку специалистов, способных работать с современными квантовыми вычислительными системами.
• С 2019 года Фёдоров руководит научной группой «Квантовые информационные технологии» в Российском квантовом центре, где реализуются исследовательские проекты с участием крупных компаний и образовательных организаций.
• Он является директором Института физики и квантовой инженерии в НИТУ «МИСИС», где под его руководством развивается магистерская программа «Физика и квантовая инженерия» по направлению прикладной физики и математики. Программа стартует с 2024 года и нацелена на подготовку специалистов для квантовой индустрии России.
• Фёдоров активно участвует в популяризации науки, выступая на научно-популярных лекциях, конференциях и в СМИ, разъясняя сложные темы квантовых технологий широкой аудитории. Его интервью и статьи способствуют повышению интереса к квантовой физике среди молодёжи и профессионалов.
• Он является одним из основных авторов Дорожной карты по квантовым технологиям в рамках национальной программы «Цифровая экономика», что отражает его вклад в формирование государственной политики и стратегий развития квантовой отрасли в России.

Образовательная и общественная деятельность Алексея Фёдорова включает преподавание, руководство научными коллективами, разработку специализированных учебных программ, а также активную работу по популяризации квантовых технологий и формированию кадрового потенциала отрасли.

Заключение

Алексей Фёдоров представляет собой яркий пример нового поколения российских учёных, успешно сочетающих глубокие теоретические исследования с практической реализацией прорывных технологий. Его работы в области квантовых вычислений, криптографии и коммуникаций не только вносят вклад в мировую науку, но и формируют основу для технологического суверенитета России в этой стратегически важной сфере.

Особого внимания заслуживает его системная работа по развитию квантовой отрасли: от подготовки кадров через преподавание в МФТИ и создание новых образовательных программ до руководства ключевыми научными центрами и участия в разработке государственных стратегий. Признание на уровне премий (Forbes «30 до 30», «За верность науке») и включение в координационные советы при Президенте РФ свидетельствуют о его роли как одного из лидеров научно-технологического развития страны.

Перспективы исследований Фёдорова связаны с переходом от лабораторных экспериментов к промышленному внедрению квантовых технологий – от защищённых коммуникаций до лекарственного дизайна. Его уникальный опыт, сочетающий фундаментальную подготовку, международное сотрудничество и управление крупными проектами, делает его работу критически важной для обеспечения России передовых позиций в глобальной квантовой гонке.

Обобщение вклада ученого в науку

Алексей Константинович Фёдоров - один из ведущих российских учёных в области квантовой физики и квантовых технологий, внёсший значительный вклад в развитие этой перспективной научной отрасли. Его вклад можно обобщить следующим образом:

• Разработка теоретических основ квантовых технологий: Фёдоров внёс вклад в математическую теорию оптимального управления для сложных систем, предложил новые методы квантовой томографии, включая вычисление томограмм квантовых систем с помощью интегралов по траекториям и алгебр кватернионов, а также концепцию томографического дискорда для анализа квантовых цепочек.
• Создание и развитие квантовых алгоритмов: под его руководством разрабатываются квантовые алгоритмы для задач комбинаторной оптимизации, моделирования молекул и химических реакций (впервые показано квантовое моделирование реакции окисления углерода), а также для квантового машинного обучения и генеративной химии, что открывает новые возможности для дизайна лекарств.
• Экспериментальная реализация квантовых вычислительных платформ: Фёдоров руководил проектом создания квантового процессора на основе ионов иттербия с облачным доступом, использующего многоуровневые кудиты, что повышает эффективность квантовых вычислений. Под его руководством была проведена первая в мире демонстрация протокола квантово-защищённого блокчейна с использованием сетей квантового распределения ключей в Москве.
• Вклад в развитие квантовых коммуникаций и криптографии: разработаны методы квантового распределения ключей, аутентификации и коррекции ошибок, а также концепция квантового блокчейна, что способствует созданию защищённых коммуникационных систем нового поколения.
• Руководство и формирование научных коллективов и инфраструктуры: с 2019 года Фёдоров возглавляет научную группу «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра, является директором Института физики и квантовой инженерии НИТУ «МИСИС» и профессором МФТИ. Он является одним из основных авторов Дорожной карты по квантовым технологиям национальной программы «Цифровая экономика», что определяет стратегические направления развития отрасли в России.
• Популяризация науки и подготовка кадров: активно занимается образовательной деятельностью, преподаёт авторские курсы по квантовым технологиям, выступает с лекциями и интервью, популяризируя квантовую физику и технологии среди широкой аудитории, что способствует формированию нового поколения учёных и инженеров.
• Международное признание и научное влияние: автор более 100 научных публикаций, включён в мировой рейтинг «Stanford's Top 2% Scientists», имеет высокий индекс цитирования, что подтверждает значимость и влияние его научных результатов в глобальном научном сообществе.

Алексей Фёдоров сочетает фундаментальные теоретические исследования с практическими разработками и внедрением квантовых технологий, играет ключевую роль в формировании российской квантовой науки и индустрии, а также способствует интеграции России в международное научное и технологическое пространство.