Мир на квантах: чего не хватает в России для развития инфраструктуры нового рынка
В последние несколько лет в России активно обсуждается тема квантовых технологий как перспективного технологического направления, способного сформировать новую инфраструктуры и возникающие на ней рынки. Публичное продвижение темы квантовых технологий может вскоре по масштабу сравниться с продвижением в свое время нанотехнологий.
Основной контекст информационного пространства в квантовой области в России — финансирование исследований и разработок, а также технологическая конкуренция между несколькими разработчиками устройств в квантовых коммуникациях и квантовых компьютерах. Однако в мире квантовые технологии вышли далеко за пределы отдельных университетских разработок. Развитие этой технологической области уже идет на стадии проектирования бизнес-моделей, технологических и рыночных архитектур и стандартов. Ведь использование свойств квантовой физики может радикально поменять представление о способах передачи, хранения информации, вычислениях, исследования окружающего нас мира. Когда и Россия задумается о построении комплексных платформ в сфере квантовых технологий?
В мире сложилось восемь глобальных кластеров, концентрирующих ресурсы в сфере квантовых технологий: два - в США, Европа, Китай, Япония, Австралия, Британия, Россия. Каждый «полюс» собирает ведущих региональных игроков и представителей науки, государства, корпораций. Внутри кластера выстраиваются целостные технологические цепочки, они привлекают большие суммы финансирования. Так, Евросоюз запланировал инвестировать в квантовые технологии €1 млрд., Великобритания в 2014 г. запустила Национальную программу развития квантовых технологий на £270 млн в формате частно-государственного партнерства с такими участниками как LockheedMartin, Raytheon BBN, Google, Toshiba. По всему миру корпорации осуществляют инвестиции в квантовые технологии: среди инвесторов компании D-Wave, одной из самых неоднозначных проектов в области квантовых вычислений, можно найти фонд In-Q-tel (венчурный фонд ЦРУ), Goldman Suchs, DFJ Growth (инвестор Twitter, Tumblr).
Стартап Cambridge Quantum Computing (CQC), входящий в Топ-50 британских инноваций и разрабатывающий квантовую операционную систему, получил $50 млн от фонда Grupo Arcano — компания была одним из первых инвесторов Google. Другой инвестор CQC — фонд Touchstone Gold Limited, связанный непосредственно с британской разведывательной компанией GOS Systems (предоставляет услуги обеспечения безопасности, информационной безопасности, разведки и т.д). Китай запустил магистральные сети квантовых коммуникаций между Пекином и Шанхаем, а в 2017 году ввел в эксплуатацию спутник с квантовой связью. Созданные в Китае на государственные деньги элементы квантовой наземной и спутниковой инфраструктуры, а также центр управления отданы для тестирования бизнесу для отработки новых бизнес моделей.
За последние несколько лет крупнейшие мировые ИТ-компании тоже стали активно инвестировать в квантовые вычисления и квантовые коммуникации: IBM, Microsoft, Google, Alibaba, Intel, HP, Toshiba и др. В мире работает несколько центров по разработке перспективных стандартов в квантовых технологиях, формирование которых, по прогнозам, завершится к 2021 г. Таким образом, в сфере квантовых технологий речь идет не просто о венчурном рынке новых изобретений, а о планировании новых технологических инфраструктур и стандартов, для построения которых уже сейчас используются инвестиции крупнейших мировых игроков. Они вкладывают средства в новые квантовые коммуникации, новые квантовые вычисления, новая навигация, новые квантовые сенсоры и т.д.
Возьмем для примера только один рынок — квантовой криптографии (защиты данных). BCG оценивает рынок систем безопасности киберфизических систем в $389 млрд к 2020 г, в $2,1 трлн к 2035 году. По прогнозу E&Y, квантовые компьютеры сделают технологии шифрования бессмысленными, требуя от пользователей выстраивания новой инфраструктуры. Новые алгоритмы кибербезопасности, основанные на квантовых вычислениях, будут все важнее в долгосрочной перспективе.
Существующие системы криптографии основаны на математической сложности применяемых алгоритмов: чем длиннее ключи в зашифрованных пакетах информации, тем больше времени и вычислительной мощности необходимо для расшифровки информации, а значит информация к тому времени может потерять актуальность. Однако увеличение длины ключей перегружает инфраструктуру, и при этом существуют данные, которые могут быть актуальны достаточно долго (например, государственная и военная тайна, ноу-хау, личные данные). И попав к злоумышленнику, такие зашифрованные сообщения могут ждать своего часа в системах хранения, пока не будут найдены эффективные способы для их вскрытия.
Создание квантового компьютера может привести к экспоненциально более быстрой расшифровке данных, и по некоторым оценкам криптографические ключи, используемые в интернете и в датацентрах, могут быть взломаны в течение если не месяцев, то считанных лет. Если классический компьютер занимается перебором для решения сложных задач расшифровки данных (например, разложение на сомножители (что и требует затрат времени)), то квантовый решает те же задачи за один машинный такт.
Согласно теореме Моска, если суммарное время на строительство новой инфраструктуры безопасности и перешифровывание данных больше ожидаемого времени создания квантового компьютера, то система безопасности — в критической ситуации. Именно поэтому большое значение приобретают новые средства обеспечения безопасности, такие как квантовые коммуникации или так называемая «квантовая криптография». В отличие от классических средств «квантовая криптография» строится не на математических алгоритмах, а на физических принципах квантовой механики. Информация или криптографические ключи передаются при помощи одиночных фотонов, которые нельзя незаметно измерить, разделить или скопировать. Поэтому злоумышленник, который захочет подслушать канале, не просто не сможет расшифровать данные даже с помощью суперкомпьютера, а просто не сможет получить какую-либо информацию, так как при попытке прослушивания она будет разрушаться.
В мире на сегодняшний день есть порядка дюжины полукоммерческих или тестовых решений устройств рассылки квантового ключа. Среди наиболее известных разработчиков — ID Quantique (Швейцария), Toshiba (Япония). Однако наблюдается лишь тестовое и весьма ограниченное применение этих устройств, которые пока не сформировали массового рынка. Во-многом пока это связано с довольно сырыми реализациями технологии в «железе», что очевидно будет решено в ближайшие годы вместе со снижением цены, но ключевыми факторами для массового развития квантовых коммуникаций станут формирование стандарта и развитие квантовых сетей как опорной инфраструктуры. Эксперты Европейского института телекоммуникационных стандартов прогнозируют утверждение стандарта квантовой криптографии в мире к 2021 году.
А что в России с развитием новой инфраструктуры и платформ безопасности?
Конкуренция России на уровне производства «железа» или продажи технологий будет весьма затруднена экономическими причинами, доминированием глобальных корпораций на мировых рынках, а также одноразовым характером трансфера технологий на венчурном рынке. А крупные западные компании — Cisco, HP, IBM— никогда не пустят российские компании на крупный мировой рынок телекоммуникационного оборудования (производство своего оборудования с фокусом на небольшие локальные рынки тоже неперспективно, это весьма дорого). Мировые рынки огромны, они попадают в сферу контроля спецслужб (всмпомним дело Сноудена), их развитие определяется пользовательскими моделями (это иллюстрирует масштаб платформ Google, Apple и проч.). Но сегодня в мировых группах по стандартизации перспективных технологий – 5G, квантовые коммуникации, интернет вещей и т.д. – не представлено практически никаких участников из России.
В России сегодня в основном финансируются (преимущественно государством) различные исследовательские проекты — обычно на уровне отдельных разработок.Ведет работу Фонд перспективных исследований (ФПИ). Есть несколько отдельных конкурирующих между собой проектов в квантовых коммуникациях, посвященных созданию новых устройств. К некоторым проектам удалось привлечь корпорации в качестве соинтесторов и потенциальных заказчиков. Газпромбанк работает с «Российским квантовым центром« в проекте разработки устройства квантовой рассылки ключа, «Росатом» совместно с ФПИ ведет разработки квантового компьютера. Второй проект, на мой взгляд, особенно важен. Если он будет успешен, это может позволить России войти в клуб владельцев технологии, которую сравнивают по значимости и перспективам с атомным оружием или космическими технологиями. Бюджет проекта — более 750 млн руб. И хотя участие таких игроков как ФПИ, Росатом, а также ряда крупных научных организаций может только приветствоваться, необходимо отметить, что темпы развития проекта не столь стремительны — например, в США используется модель достаточно быстрого тестирования и апробации даже для таких сложных проектов, как создание квантового компьютера. Так, решение компании D-Wave Systems, выпустившей на рынок первый квантовый компьютер (который, кстати, вызывает серьезные споры на предмет его технических характеристик), стоит на вооружении у компаний Google, Lockheed Martin. А компания IBM, ведущая собственные разработки по квантовым компьютерам, открывает доступ к своему квантовому процессору через «облачное« приложение, доступное любым разработчикам. Это позволяет гораздо быстрее выдвигать, а затем проверять различные гипотезы по моделям применения и развития технологии.
Реальная конкуренция на новых складывающихся рынках может идти только на уровне стандартов и архитектур. На формирование новых инфраструктур и платформ, нацелен, например, проекты Safenet НТИ (в части выстраивания инфраструктуры квантовых коммуникаций). АО СМАРТС (совместно с ИТМО — Forbes) работает над евразийской сетью новых телекоммуникаций и квантовой связи. На эти новые технологии пока нет мировых стандартов, поэтому у отечественных игроков есть единственный и наиболее эффективный способ сформировать новую нишу – застолбить первенство на уровне архитектур и договориться о совместных стандартах с региональными партнерами. На Евразийском пространстве, в странах БРИКС и ШОС будет выстраиваться новое экономическое, логистическое пространство, системы коллективной безопасности. Новая технологическая инфраструктура, построенная на квантовых технологиях может стать одной из основ для более эффективного встраивания страны в международную кооперацию, а также снизить риски на уровне продажи отдельных технологий и организации высокотехнологичного производства.
Стоимость доведения одно технологии до рыночного уровня составляет в среднем до 500 млн. руб. При этом объем необходимых инвестиций для формирования инфраструктуры может измеряться в сотнях миллиардов рублей. Создание экосистемы потребует концентрации ресурсов и готовности игроков к более долгим срокам возврата инвестиций. Однако это правильный путь. Перенос приоритетов на выстраивание общих комплексных платформ, инфраструктур может привести и к большей отдаче и к расширению цепочки добавленной стоимости в долгосрочной перспективе. Такая стратегия впоследствии позволит нам не ограничиваться продажами технологий, лицензий, даст возможность создать собственные рынки работы с передачей информации, услуг безопасности, обработки и хранения данных, различных бизнес-приложений. Ресурсы государства и корпораций следует сконцентрировать на выстраивании квантовой инфраструктуры. Она не должна и не может быть сверхприбыльной, но может сформировать новые рынки и приложения, где и сможет развернуться венчурный капитал, мелкий и средний бизнес.
В ближайший цикл развития квантовых технологий акцент будет сделан на «железе». С точки зрения кооперации и инвестиций критические элементы и часть производства оборудования можно оставить в России, а массовое производство оборудования можно делать и в Китае, договорившись о стандартах. Так, Китай активно продвигает идею цифрового суверенитета, а также расширяет зону влияния Экономического пояса Шелкового пути, переструктурируя экономику под новое производство. И здесь квантовые коммуникации могут сыграть решающую роль как технологии для организации безопасных периметров и пространств в телекоммуникациях и информационном пространстве. А России сможет предложить доверенную среду для транзакций в финансовой, транспортно-логистической, информационной и телекоммуникационной сферах, особенно в части быстрого и безопасного трафика Азия-Европа.
И здесь возможны такие приложения как локальные операторы квантовой связи для интернета вещей и беспилотников, квантовые облака, квантовый блокчейн (который, кстати, проектируется у нас в Санкт-Петербурге) и т.д. И о проработке бизнес моделей и инвестициях в такие приложения нужно думать уже сейчас. Иначе впоследствии это придется покупать дорого и в общей очереди.