Квантовые технологии — сравнительно молодое наукоемкое направление, включенное многими странами в перечень технологий для обеспечения нацбезопасности. Традиционно выделяют три квантовые технологии: квантовые вычисления, квантовые коммуникации и квантовые сенсоры.
Продукт квантовых вычислений — квантовые компьютеры, способные решать задачи в сотни тысяч раз быстрее классических. Это предмет гонки между государствами, сопоставимой с космической или ядерной. Квантовые коммуникации позволяют обеспечить максимально возможный уровень защиты информации, гарантированный фундаментальными законами физики. В свою очередь преимущество квантовых сенсоров — в их сверхвысокой чувствительности. Развитием квантовых технологий во всем мире занимаются государственные институты и корпорации, университеты, частные научные центры, технологические компании и даже стартапы.
Защитить ценные данные от злоумышленников
Компания: QRate, основана в 2015 году, резидент фонда «Сколково».
Над чем работает: Ключевой продукт компании — системы квантового распределения ключей. Это аппаратно-программные комплексы, которые позволяют государству и крупному бизнесу защитить данные от атак с использованием классических и квантовых компьютеров.
До передачи сообщения отправитель и получатель при помощи системы квантового распределения ключей вырабатывают общий секретный ключ — набор битов, необходимый для дальнейшей расшифровки сообщения. Ключ создается при помощи квантовых частиц света — фотонов, скопировать или перехватить их незаметно не удастся в силу законов квантовой физики. Если вдруг хакер вклинится в канал передачи данных, получатель сообщения поймет это по уровню ошибок в системе.
В 2021 году QRate объявил о первой в России защите беспилотного транспорта при помощи квантовой криптографии. Инженеры компании совместно с командой Университета Иннополис доработали беспилотные автомобили таким образом, чтобы в момент заправки или подзарядки автономное транспортное средство могло получить от доверенного центра квантовые ключи, которые впоследствии использовались для защиты передаваемых данных: сигналов управления, новых версий прошивок и др. от злоумышленников.
Сегодня оборудование QRate также используется в первой межвузовской квантовой сети, которая объединяет кампусы НИТУ «МИСиС» и МТУСИ. Сеть имеет открытый доступ — его могут получить учебные заведения, научные организации, индустриальные партнеры, госучреждения и студенческие стартапы. На базе сети исследователи разрабатывают софтверные приложения в сфере информационной безопасности с применением квантовых ключей. А операторы связи и телеком-разработчики могут протестировать собственное оборудование на действующей квантовой сети, а не только в лабораторных условиях.
Команда: Руководитель компании — Павел Воробьев, выпускник МФТИ, кандидат технических наук. Сейчас в команде более 70 человек.
Конкуренты: Над продуктами в области квантового распределения ключей также работают компании СМАРТС-Кванттелеком и ИнфоТеКС.
Планы на год: В 2023 команда планирует представить новые пилотные проекты по квантовому шифрованию в различных индустриях.
Выявить эпилепсию и опухоли мозга
Компания: QLU, основана в 2016 году под названием «М-Гранат», в 2022 году стартап был переименован в QLU.
Над чем работает: Компания разрабатывает сверхчувствительные квантовые магнитные сенсоры на основе пленки из железо-иттриевого граната — нового типа магнитного материала, используемого в качестве сердечника магнитометра. Область их применения — медицина, куда входят и задачи нейровизуализации, то есть отслеживания активности головного мозга.
Пленка из железо-иттриевого граната способна улавливать мельчайшие колебания магнитного поля, в том числе и создаваемые нейронами головного мозга. По словам исследователей, работа по оптимизации формы и состава пленки позволяет добиться минимальной потери энергии при перемагничивании и в результате достичь предельного уровня чувствительности сенсора. В свою очередь это на порядки увеличивает чувствительность самих приборов в сравнении с альтернативными решениями.
В 2021 году команда QLU совместно с учеными из Сколковского института науки и технологий и НИУ ВШЭ продемонстрировали работу первого в мире твердотелого сверхчувствительного магнитометра, работающего при комнатной температуре. С помощью квантового сенсора исследователи смогли зарегистрировать слабые и глубинные электрические источники головного мозга. Представители компании подчеркивают, что результаты могут быть использованы для улучшения качества магнитоэнцефалографии и своевременного выявления эпилепсии и опухолей мозга.
Команда: Максим Острась, руководитель проекта — выпускник МФТИ. Команда состоит из семи специалистов: физиков, инженеров, технологов. Наравне со штатными сотрудниками к работе привлекаются внешние партнеры: нейробиологи и математики.
Конкуренты: Традиционно в магнитоэнцефалографии применяли решения на основе сверхпроводящих квантовых интерферометров — СКВИДов. Однако они требовали охлаждения жидким гелием, что сильно увеличивало операционные расходы на использование прибора. Именно это стало основной причиной, по которой магнитоэнцефалография, несмотря на все преимущества, не получила массового распространения.
В 2017-м ситуация изменилась — на рынке появились коммерчески доступные МОНы (магнитометры с оптической накачкой), для использования которых не требовалось охлаждения. Это открытие способствовало запуску стартапов, которые на базе МОНов стали реализовывать свои магнитоэнцефалографы. Одна из таких компаний, Cerca Magnetics, в 2021 году победила в номинации «лучший MedTech-стартап Великобритании». Вместе с тем, технология МОНов также имеет недостатки: маленький частотный и динамический диапазоны, а также высокую рабочую температуру.
Основными конкурентами создатели QLU считают следующие компании: австралийскую Compumedics, американскую Croton Healthcare и канадскую CTF MEG.
Планы на год: В 2023 году стартап планирует представить первый прототип сверхчувствительного магнитоэнцефалографа на массиве квантовых сенсоров.
Противостоять кибератакам с использованием квантовых компьютеров
Компания: QApp, научно-прикладные исследования в области постквантового шифрования начались в 2017 году, резидент фонда «Сколково».
Над чем работают: Компания разрабатывает программные продукты по кибербезопасности на основе постквантовой криптографии — технологии, способной противостоять кибератакам с использованием как классических, так и квантовых компьютеров. В отличие от решений квантовой криптографии, представляющих собой масштабные установки для защиты критической инфраструктуры, продукты в области постквантовой криптографии — это софт, легко интегрируемый в системы информационной безопасности для защиты конфиденциальных данных бизнеса или государства.
Постквантовая криптография — это новый вид классической асимметричной криптографии. Он заключается в использовании алгоритмов, построенных на настолько вычислительно-сложных математических задачах, что даже квантовый компьютер не сможет их быстро разгадать. Еще одно важное отличие в том, что постквантовая защита поддерживается не «железом», а дополнительным программным обеспечением.
Сегодня отечественные алгоритмы постквантовой криптографии находятся на этапе стандартизации, поэтому все решения QApp пилотируются крупным бизнесом в ограниченном периметре: в 2022 году компания получила сертификаты совместимости с российскими процессорами «Байкал» и «Эльбрус», а в 2022 году стартап обеспечил квантово-устойчивую информационную безопасность host-to-host соединений Газпромбанка. Наряду с продуктовой разработкой команда проекта участвует в создании российских стандартов постквантовой криптографии.
Команда: Антон Гугля, руководитель QApp — выпускник ПГУТИ по специальности «Экономика в системах связи». Команда насчитывает около 20 специалистов, в основном это разработчики и криптографы.
Конкуренты: Развитием технологии в России также занимается компания «Криптонит». Крупный российский бизнес традиционно не рассматривает зарубежные криптографические решения из-за потенциальных умышленных уязвимостей (бэкдоров).
Основные цели на ближайший год: Разработчики планируют представить новые пилотные проекты и расширить партнерство с системными интеграторами и вендорами, а также поддержать разработку отечественных стандартов по постквантовой криптографии.
Обеспечить доступ к квантовому компьютеру всем желающим
Компания: QBoard, проект был создан в 2018 году.
Над чем работает: Ключевой продукт компании — одноименная облачная платформа квантовых вычислений, при помощи которой бизнес получает удаленный доступ к квантовым компьютерам и эмуляторам для решения прикладных и научно-исследовательских задач. Благодаря платформе программировать квантовые вычислительные устройства могут специалисты по data-science: интерфейс позволяет пользоваться квантовыми вычислениями даже тем, кто не обладает профильным образованием и экспертизой в квантовой физике.
В октябре 2022 года ученые использовали платформу для моделирования нескольких молекул, в том числе кислорода и углекислого газа, участвующих в процессах окисления угарного газа. По словам исследователей, сегодня интерес к технологии проявляют китайский и индийский автопром. В перспективе полученные результаты могут быть применены при разработке технологии снижения выбросов угарного газа.
Годом ранее физики из Российского квантового центра вместе с исследователями из Genotek применили платформу квантовых вычислений QBoard для сокращения времени сборки генома. Исследователи уверены, что в будущем использование платформы поможет решать задачи генной терапии, среди которых обнаружение и расшифровка онкологических клеток человека.
Команда: Алексей Федоров — руководитель проекта, физик, выпускник МГТУ имени Н.Э. Баумана. В команде стартапа 15 сотрудников: несколько специалистов по развитию бизнеса, разработчики квантовых алгоритмов, алгоритмов машинного обучения, эксперты в области квантовой химии, оптимизации и ряде других отраслей.
Конкуренты: В мире квантовые облачные платформы развивают крупнейшие технологические корпорации, такие как Alibaba и Amazon. Собственную облачную платформу, ориентированную на ученых и решение исследовательских задач, представил Центр квантовых технологий МГУ.
Планы на год: В 2023 году компания планирует масштабировать платформу за счет подключения новых квантовых компьютеров и эмуляторов квантовых устройств, а также представлять новые приложения для квантовых компьютеров.
Передать зашифрованное сообщение в любую точку мира
Компания: QSpace, основана в 2021 году, резидент фонда «Сколково».
Над чем работают: QSpace — разработчик спутниковых и атмосферных систем квантовой криптографии. В отличие от компании QRate, которая специализируется на передаче ключа по оптоволоконному кабелю, QSpace реализует защищенную передачу данных при помощи спутниковой связи. Сейчас стартап работает над созданием малого спутника весом около 10 кг, который планируют запустить в космос в 2023 году. Спутник предназначен для проверки основных гипотез и тестирования элементов конструкции. В перспективе это позволит защитить передачу информации между двумя любыми точками мира.
Команда: Валентин Толстых — руководитель проекта, выпускник МАИ. Сейчас в компании работают 13 человек.
Конкуренты: Государством-лидером в развитии технологии признан Китай, в 2021 году реализовавший первую в мире интегрированную квантовую сеть между землей и спутником, объединяющую более 700 оптических линий общей протяженностью 4600 км. В России схожие проекты развивают ЦКТ МГУ и Университет ИТМО.
Основные цели на ближайший год: В 2023 году команда планирует запустить первый спутник и протестировать его на орбите с использованием собственной наземной приемной станции.