Квантовые технологии и кадровый вопрос

По мнению профессора Уильяма Оливера, нехватка специально подготовленных научно-технических кадров может стать серьезным препятствием на пути развития квантовых технологий

23 января 2019 года

Когда в 80-х годах прошлого века зародилась идея квантовых вычислений, в качестве идеального сценария рассматривалось создание вычислительной системы, основанной на принципах квантовой механики. Для определенного класса задач такая система могла бы обеспечить гораздо более высокую скорость вычислений по сравнению с традиционными компьютерами. В сегодняшних условиях, когда уже наметился постепенный переход от теории к практике, потенциальным препятствием для дальнейшего развития квантовых технологий становится нехватка кадров, имеющих специальную подготовку в этой области.

Проблемой нехватки кадров обеспокоен и заместитель заведующего Научно-исследовательской лабораторией электроники, научный сотрудник Лаборатории Линкольна профессор физики Уильям Д. Оливер, который одновременно является ведущим исследователем Группы инженерных квантовых систем Массачусетского технологического института (МТИ) и Группы квантовых информационных и интегрированных наносистем Лаборатории Линкольна МТИ.

quantum-qanda-oliver-group-workstation-mit-00

William Oliver says government research funding will have to be augmented with commercialization of quantum computing, and that will require trained scientists and engineers. Photo: Nathan Fiske

 

Чак Ледди.:  Чем обусловлен высокий спрос на специалистов в области квантовых вычислений?

Уильям Оливер: Квантовые вычисления сейчас находятся на этапе перехода от теоретических исследований к практической реализации. Во всем мире растет число государственных программ, нацеленных на развитие квантовых методов обработки информации ‒ такие программы есть у Европейского Союза, Китая, Англии, Австралии, Сингапура, Канады, Швеции, Финляндии и многих других стран. Недавно Конгресс США утвердил Национальную программу развития квантовых технологий, предусматривающую финансирование научных исследований и разработок в этой области в размере более 1,2 миллиарда долларов США на ближайшие 5-10 лет. В связи с появлением новых программ возрастает спрос на специалистов по квантовым технологиям со стороны научных организаций, государственных ведомств и промышленных компаний ‒ фактически речь идет о формировании нового рынка труда.

В этом процессе активно участвуют и частные компании. Ведущим компаниям и корпорациям, специализирующимся на разработке аппаратного или программного обеспечения и не желающим проигрывать конкурентам, сто́ит уже сейчас вступить в игру. Неудивительно, например, что компания Intel сегодня лидирует в мире по производству компьютерных микросхем, и все потому, что с первого дня разработки и реализации этой технологии в компании были в наличии все необходимые специалисты. Совсем другое дело ‒ квантовая технология, которую невозможно просто скопировать. Даже если вы не являетесь «чисто технологической» компанией, у вас наверняка существует бизнес-модель, а ее эффективность во многом будет зависеть от того, как при помощи квантовых технологий будут решаться, например, задачи оптимизации. Многие компании также используют шифрование данных и должны обеспечивать их надежную защиту. Для таких компаний проблема заключается не в том, как обеспечить защиту данных в будущем, когда появятся реальные квантовые компьютеры, а в том, как обеспечить сохранность существующих уже сегодня зашифрованных данных на многие десятилетия вперед.

Ч.Л.:  Как и где сегодня готовят специалистов по квантовым технологиям?

 

У.О.: Большинство специалистов, которых мы могли бы сегодня назвать quantum scientists (ученые, занимающиеся квантовой наукой) или quantum engineers (инженер по квантовым технологиям) ‒ это, как правило, технические специалисты широкого профиля, в свое время получившие физическое или инженерное образование. Просто в какой-то момент они заинтересовались квантовыми технологиями, и тогда физикам пришлось дополнительно освоить инженерную науку, а инженерам ‒ физику. Если речь идет о новой технологии, которой еще очень далеко до практической реализации, то каких-либо специальных научных дисциплин по изучению именно этой технологии попросту не существует. Именно так сейчас обстоит дело и с квантовыми технологиями.

 

В МТИ мы как раз пытаемся дать ответ на вопрос «Что такое квантовая инженерия?». На мой взгляд, квантовая инженерия объединяет в себе науку и технику. Мы стремимся к тому, чтобы название нашего института прочно ассоциировалось с квантовой инженерией. Нам нужно написать учебники по этой дисциплине, разработать ее основы и составить учебные планы. А что касается подготовки специалистов, мы сейчас активно этим занимаемся, привлекая к обучению все больше людей. Не исключено, что в конечном итоге нам придется вводить новую учебную дисциплину, преподавание которой, вероятно, начнется на уровне магистратуры и программ повышения квалификации, подобных той, которую я сейчас веду в МТИ совместно с другими преподавателями (MIT xPRO series). Вполне возможно, что преподавание квантовой инженерии будет постепенно включаться и в программы бакалавриата.

 

Ч.Л.: К каким последствиям может привести кадровый дефицит в области квантовых технологий?

 

У.О.:  Как и в случае с множеством других перспективных технологических направлений, развитие квантовых технологий, с одной стороны, открывает колоссальные возможности, а с другой, создает целый ряд серьезных проблем, в частности, в сфере национальной безопасности. Развитие квантовых технологий безусловно требует наличия высококвалифицированных специалистов, независимо от того, какой карьерный путь они изберут ‒ госслужба, работа в промышленности и т.д. Борьба за кадры между государственными и частными компаниями приведет к тому, что специалисты со знанием квантовых технологий смогут претендовать на более высокую оплату труда.

 

Как можно решить проблему нехватки специалистов по квантовым технологиям? Программа MIT xPRO ориентирована не на наших студентов, а на работающих специалистов ‒ инженеров и физиков, которым необходимо изменить направление своей деятельности. Сегодня и в промышленности, и в госструктурах сосредоточен огромный кадровый потенциал. По мере освоения компаниями новых технологических направлений происходит переориентация кадров. Подобные тенденции наблюдаются и в правительственных структурах США, и в финансируемых правительством лабораториях, таких как Лаборатория Линкольна. Цель программы MIT xPRO ‒ помочь специалистам переориентироваться на новое направление работы и вооружить их базовыми знаниями в объеме, достаточном для дальнейшего самостоятельного обучения.

 

 

Ч.Л.: Какими вы видите перспективы развития квантовых технологий?

 

У.О.: В перспективе квантовые технологии будут развиваться по трем основным направлениям. Во-первых, это реализация самой заветной мечты человечества ‒ создание универсального квантового компьютера, выполняющего вычисления по любому алгоритму так, как это сегодня с легкостью делает любой традиционный компьютер. Для этого потребуется создание универсального набора квантовых вентилей, реализующих произвольную квантовую логику. Уже сегодня понятно, в каких конкретных приложениях квантовый компьютер сможет значительно превзойти классический компьютер. На создание такого квантового компьютера, которому будет под силу выполнять криптоанализ, взламывать RSA и решать сложнейшие задачи моделирования, уйдет как минимум 10-20 лет.

 

Во-вторых, это создание квантового симулятора, который, например, сможет выполнять трудоемкие в вычислительном отношении операции по моделированию свойств материалов или скоростей химических реакций. Квантовый симулятор позволит решать важные прикладные задачи, в которых при помощи классических современных компьютеров по определению невозможно получить достоверный результат. Сегодня нам приходится упрощать задачи до такого уровня, при котором их можно решать, используя обычный компьютер, но в результате мы все равно получаем нечеткое решение. Одним из ярких примеров таких задач является задача связывания азота для получения аммиака, широко используемого в производстве удобрений. Подсчитано, что от 1% до 2% потребляемой в мире энергии идет на производство аммиака. Известно также, что аммиак может вырабатываться бактериями благодаря их метаболическим свойствам, что не требует ни высоких температур, ни высокого давления. Фермент, выступающий катализатором реакции связывания азота, имеет настолько крупные размеры, что адекватно смоделировать его на обычном компьютере просто невозможно. Если создать квантовый компьютер, размеры которого позволят выполнить такое моделирование, а затем вычислить скорость реакции этой молекулы и понять механизм образования аммиака у бактерий, можно будет разработать технологический процесс получения аммиака с гораздо более высокими показателями по энергоэффективности.

 

В-третьих, это оптимизация. Задачи оптимизации можно решать с помощью универсального квантового компьютера, квантового симулятора или квантового отжигателя. Последний считается разновидностью квантового компьютера, хотя пока неизвестно, будет ли он обладать всеми свойствами квантового компьютера. В отличие от первых двух типов, он может оказаться лишь более «скоростным» вариантом классического компьютера. В качестве приложений, которые могут появиться в первую очередь, мы склонны рассматривать либо квантовый оптимизатор на основе отжига, либо квантовый оптимизатор на основе симулятора. Надеемся, что нам удастся получить ответы на эти вопросы в ближайшие пять лет.

 

Ч.Л.:  Для решения каких задач будут готовиться новые специалисты по квантовым технологиям?

 

У.О.: Успешное развитие квантовых технологий, которое в конечном итоге неизбежно приведет к очередной революции в сфере обработки информации, невозможно представить без эффективной работы по коммерциализации технологий. Правительство США не в состоянии самостоятельно обеспечить финансирование этих разработок в объемах, необходимых для коммерциализации квантовых технологий на длительную перспективу. Перед правительством и так стоит серьезная задача ‒ обеспечить первоначальное финансирование. Далее инициативу должна подхватить промышленность, которой предстоит продолжить разработки, обеспечить коммерциализацию результатов, получение доходов и их использование для дальнейшего совершенствования продукта. А для решения всех этих задач нам потребуются квалифицированные специалисты в области квантовых технологий.

 

Беседовал Чак Ледди | МТИ открытое образование

Источник: MIT News

 

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

Tweet about this on Twitter0Share on Facebook0Pin on Pinterest0Share on Tumblr0Share on VK