Отчёт об итогах реализации дорожной карты развития высокотехнологичного направления «Квантовые коммуникации» в 2023 году обсудили эксперты Научного совета РАН «Квантовые технологии» под председательством президента РАН академика Геннадия Красникова. Заседание прошло 11 сентября в Президиуме Российской академии наук.
С отчётом выступил начальник Департамента квантовых коммуникаций ОАО «РЖД» кандидат технических наук Артур Глейм. Он рассказал, что в настоящий момент протяжённость квантовой сети составляет 7 тыс. км, а к 2030 году плановый показатель должен составить 15 тыс. км.
«Это целевой показатель, некая интегрированная единица состояния отрасли. Она практически аккумулирует, с одной стороны, технологический задел, с другой — вопросы внедрения практических решений», — отметил Артур Глейм.
Важная часть реализации дорожной карты связана с так называемым развитием технологического уровня готовности. «Сейчас ключевой показатель строится вокруг количества созданных опытных образцов и изделий, то есть акцент стоит на практических решениях», — добавил докладчик.
Так, в 2020-2023 годах инициировано 25 научно-технических работ — 9 по созданию оборудования квантовых коммуникаций, 7 по созданию компонентой базы, 5 по разработке перспективных технологий и 4 работы в интересах спецпотребителей, говорится в докладе. В результате создано 16 образцов устройств и оборудования квантовых коммуникаций.
Продуктовая линейка дорожной карты — это магистральные квантовые сети, абонентские системы квантовых коммуникаций, компонентная база и перспективные технологии, сказано в выступлении.
Отдельный блок вопросов связан развитием инфраструктуры протяжённости квантовых сетей. Это комплексная работа, сопряжённая с тремя составляющими: технологическими решениями, работой с производителями оборудования и разработчиками технологии, а также с институтами, которые должны интегрировать решения в действующую инфраструктуру. «С одной стороны, инфраструктура сложная, а с другой, к ней предъявляются высокие эксплуатационные требования. Фактически это федеральная сеть, которая имеет определённые требования по качеству обслуживания и надёжности. Появляется задача получения новых компетенций и соответствующих специалистов — главных инженеров и тестировщиков, которые умеют создавать такие решения», — пояснил Артур Глейм.
Значительная часть работы отведена развитию экосистемы как основы для дальнейшего продвижения технологии, то есть работам по созданию нормативов, стандартов и образовательных программ.
«Это целый комплекс вещей, связанный с приборостроением, вопросами в области сетевых технологий, телекоммуникаций и их эксплуатацией. Культуры и нормативной базы документов, о том, как эксплуатировать такой вид новых объектов, до этого не существовало, и сейчас благодаря дорожной карте они начинают появляться, ответы на многие вопросы мы уже получили», — рассказал он.
Внедрение новых технологий напрямую зависит от кадров. В настоящий момент работа по подготовке специалистов строится по принципу открытого участия ведущих научных и образовательных центров. Так, например, развивается межуниверситетская квантовая сеть. «Это фактически позволяет создавать технологическую и исследовательскую компоненту, квалификацию кадров и прикладную инфраструктуру в связке».
Кроме того, в рамках ОАО «РЖД» создан Центр технологий квантовых коммуникаций, цель которого — развитие собственных практических компетенций по инжинирингу, разработке и испытанию оборудования квантовых коммуникаций, проектированию инфраструктуры квантовых коммуникаций и обслуживание квантовых сетей. В том числе: проведение испытаний оборудования; инжиниринг и разработка оборудования; кординация производства оборудования; развитие инфраструктуры квантовых коммуникаций; обеспечение подготовки кадров; учёт и эксплуатация материальных и нематериальных активов; обслуживание квантовых сетей.
Другие доклады коснулись результатов работы отдельных экспертных групп в рамках секции «Квантовые коммуникации». Так, доктор физико-математических наук Сергей Кулик рассказал о деятельности экспертной группы «Космические системы квантовых коммуникаций». О результатах работы экспертной группы «Сетевые технологии» рассказал доктор физико-математических наук Сергей Козлов. Отчёт о деятельности экспертной группы «Абонентные системы и компонентная база» представил кандидат физико-математических наук Денис Сыч. О работе экспертной группы «Перспективные технологии» рассказал член-корреспондент РАН Алексей Калачёв.
Затем участники совета подробнее представили проекты, которые вошли в дорожную карту направления «Квантовые коммуникации». Например, член-корреспондент РАН Алексей Калачёв рассказал о разработке системы квантового распределения ключа с квантовым повторителем на основе оптической памяти.
В частности, он пояснил, как работает квантовый повторитель: «мы разбиваем большую линию связи на короткие сегменты, то есть элементарные сегменты, на концах каждого из них устанавливаем устройство квантовой памяти, и запутанные состояния распределяются между устройствами квантовой памяти только в пределах каждого сегмента на небольшие расстояния. А дальше за счёт протокола обмена перепутыванием эта запутанность распространяется на всё большие расстояния, что в итоге даёт преимущество с точки зрения скорости распределения запутанности по сравнению с прямой передачей без использования промежуточных узлов».
Докладчик добавил, что квантовые повторители нужны, в первую очередь, для создания квантовых сетей, где определяются доступные состояния на большие расстояния. И на сегодняшний день существует два подхода к их созданию: использование космической связи или использование квантовых повторителей. «Последние годы много внимания уделяется объединению двух подходов — это гибридные схемы, когда устройство квантовой памяти помещается на спутник», — пояснил докладчик.
Прочие выступления были посвящены разработке приёмника одиночных фотонов на базе отечественного лавинного фотодиода для систем квантовой коммуникации (Антон Стукалов), источникам одиночных фотонов для систем квантового распределения ключей (Алексей Торопов), высокодобротным волоконно-оптическим фильтрам для систем квантового распределения ключей (Андрей Куликов), устройствам квантового распределения ключей с использованием недоверенного центрального узла (Роман Шаховой).
В конце заседания академик РАН Александр Горбацевич вынес на обсуждение сводную экспертную оценку результатов дорожной карты. В частности, членов совета волнует реальная перспектива организации серийного производства. «Пять лет реализуется проект дорожной карты, хотелось бы, чтобы на выходе получилась продукция нового качества, которая бы появлялась на рынке по стандартным законам экономики <…> Глобальный вопрос — будет ли вообще серийное производство и по каким позициям. Не хватает конкретики», — заметил Александр Горбацевич.
Ещё один вопрос дискуссии — реальная оценка потребности сектора экономики в кадрах. «Общее мнение совета — не хватает кадров, нужно усиливать подготовку, развивать учебные программы, расширять спектр учебных заведений, которые готовят специалистов по квантовым коммуникациям. В отчётах реалистичных оценок потребностей нет», — заключил академик.
Начальник Департамента квантовых коммуникаций ОАО «РЖД» Артур Глейм ответил на замечания членов совета. В частности, он рассказал, что вопрос трансфера технологий и разработок из исследований в прикладную плоскость имеет отражение в актуальной редакции дорожной карты: «Когда мы формировали кооперации, ориентировались на то, чтобы в них либо присутствовало, либо возглавляло [кооперации] промышленное предприятие, которое имеет существенный потенциал для производства. Процесс разработки ставился таким образом, чтобы он был вписан и согласован с технологическим подходами, реализуемыми на этих предприятиях».
Отвечая на вопрос о кадровой потребности, Артур Глейм обратил внимание, что за пять лет реализации дорожной карты внимание к кадровой потребности возросло: «Мы создаём объекты, которые кто-то должен эксплуатировать и обеспечивать качество услуг, потребитель должен быть квалифицированным, знать, как это внедрять, проектировщик — иметь соответствующие компетенции. Это колоссальный пул специалистов не только в исследовательских центрах и на предприятиях производителя, но и в эксплуатирующем сегменте».
Также Артур Глейм подчеркнул, что специалисты, работающие в квантовых коммуникациях, имеют компетенции, позволяющие выделить их в отдельную профессию. «Фактически это конвергенция исторически нестыкующихся друг с другом навыков. Это, с одной стороны, вопросы оптических линий связи, понимание физики и оптики, а с другой — компетенции в области информационной безопасности и умение работать с сетями и IT. Фактически профстандарты, которые создаются, это новые профессии. Они аккумулируют имеющиеся навыки, но такой комбинации никогда не было».
Геннадий Красников, в свою очередь, заметил, что это не совсем новая специальность, а достаточно типичное развитие научно-образовательного направления, сопровождающееся междисциплинарной интеграцией. Кроме того, глава Академии подчеркнул, что по указу Президента Российской Федерации председателем научно-технического совета при Комиссии по научно-технологическому развитию назначен президент РАН, поэтому все проекты, включая научные и научно-образовательные, проходят обязательную экспертизу Российской академии наук.