Физика будущего. «Росатом» заинтересовали проекты учёных ОмГУ в сфере квантовых вычислений. Медиа «Трамплин» Омск

Дата публикации: 17.10.2025

Технологии на основе квантовой физики – будущее цивилизации. Законы, действующие в микромире мельчайших частиц, открывают удивительные возможности во всех сферах – вычислениях, создании новых материалов и лекарств, защите данных, связи, создании умных устройств, новых формах искусственного интеллекта и т.д. Неспециалисту со школьным уровнем знания физики невозможно понять, как это работает (утверждаю это на собственном опыте). Да что там, даже современные компьютеры на основе двоичной системы счислений зависают на задачах по квантовой логике, потому что в процессе их решения используются разные единицы информации – бит в привычном компьютере и кубит в квантовом. Первый может находиться только в двух состояниях: 0 и 1, а второй – в этих же, но ещё и в суперпозиции, одновременно и в состоянии 0, и в состоянии 1. Непонятно, но факт. Более того, два квантовых объекта могут находиться в запутанном (сцеплённом) состоянии, и на каком бы расстоянии они ни находились друг от друга, изменение состояния одного мгновенно изменяет состояние другого. Это позволяет параллельно обрабатывать огромное количество информации. И это «рабочий инструмент» квантовых вычислений – переводчика на язык математики, механики и химии процессов.

Квантовые вычисления уже сейчас применяются в химии, материаловедении, шифровании, медицине. С их помощью учёные моделируют молекулярные связи между химическими элементами, что позволяет создавать эффективные лекарства и материалы с необычными свойствами. Анализируют финансовый рынок и делают инвестиционные прогнозы. Оптимизируют логистику и сокращают расходы бизнеса. Исследуют экологические риски и предсказывают изменения климата. И с каждым годом перед ними открываются всё новые возможности.

Поиску вариантов решения сложных и перспективных задач посвящена работа сотрудников кафедры теоретической физики физического факультета ОмГУ им. Ф.М. Достоевского — профессора, доктора физико-математических наук Андрея Вакилова, заведующего кафедрой, доцента, кандидата физико-математических наук Марины Мамоновой и профессора, доктора физико-математических наук Павла Прудникова. Их проекты прошли отбор в Квантовый акселератор «Росатома».

Один из проектов омских физиков представляет собой вариант программного обеспечения для реализации гибридных алгоритмов, когда часть вычислений выполняется на классическом компьютере, а наиболее затратная на квантовом компьютере. Применяться такие программы будут для определения химических свойств и прогнозирования свойств новых материалов. Кроме того, в рамках проекта создаётся программное обеспечение для решения задач по оптимизации на основе поиска энергии основного состояния квантовых моделей статистической физики.

Второй проект предусматривает применение квантовых гибридных алгоритмов для моделирования электронной структуры органических молекул и динамики химических реакций. Цель — исследовать механизмы реакций и предсказывать результаты взаимодействий между молекулами с требуемой точностью. Планируется проведение квантово-химических расчётов каталитических процессов переработки возобновляемого сырья, такого как фурфурол, фурфуриловый спирт и др.

Третий проект нацелен на решение практических задач по оптимизации производства материалов для литий-ионных батарей на основе поиска энергии основного состояния квантовых моделей статистической физики. В частности — моделирования взаимодействия анодных материалов и токопроводящих добавок с электролитом и ионами лития, что откроет путь к целенаправленной разработке специальных углеродных материалов для накопителей энергии. Партнёром учёных из классического университета выступил Центр новых химических технологий института катализа Сибирского отделения РАН.

Включение омских разработок в шорт-лист акселератора станет серьёзной поддержкой для продолжения исследований. По итогам акселерации командам будет предоставлена возможность совместных заказных разработок и научно-исследовательских работ, а также включение их в дорожную карту «Квантовые вычисления».

— Госкорпорация «Росатом» назначена ответственной за реализацию дорожной карты «Квантовые вычисления» до 2030 года. Этот документ регламентирует развитие рынка технологических решений в области квантовых вычислений. Отдельное внимание уделено подготовке кадров. К 2030 году число специалистов с образованием в области квантовых технологий должно составить: 8,3 тысячи — после бакалавриата, специалитета или базового высшего образования, 2,6 тысячи — после магистратуры или специализированного высшего образования, 800 - после аспирантуры, — рассказал Павел Владимирович Прудников.

— Участие в Квантовом акселераторе «Росатома» имеет исключительно высокую значимость как для меня лично, так и для университета в целом. Для меня это уникальная возможность реализовать научные идеи на стыке квантовых вычислений, химии и прикладной оптимизации. Работа над гибридными алгоритмами, сочетающими классические и квантовые вычисления, позволяет не только углубить фундаментальные знания в области квантовой химии и статистической физики, но и внести конкретный вклад в решение практических задач — от моделирования каталитических процессов переработки возобновляемого сырья до оптимизации сложных промышленных систем, — поделился Андрей Николаевич Вакилов.

— Акселератор предоставляет доступ к передовым квантовым платформам, экспертной поддержке и междисциплинарной среде, что критически важно для успешной реализации подобных амбициозных проектов. Для университета участие в акселераторе открывает стратегические перспективы: укрепление позиций в области квантовых технологий, развитие научно-образовательных программ нового поколения, привлечение талантливых студентов и исследователей, а также формирование устойчивых партнёрств с ведущими научными организациями, такими как ЦНХТ ИК СО РАН, и промышленными центрами кластерами, входящими в ГК «Росатом». Это также способствует трансформации университета в центр компетенций по квантовым вычислениям, что соответствует национальным приоритетам в области цифровых и квантовых технологий. Таким образом, участие в Квантовом акселераторе «Росатома» — это не просто важный шаг, а необходимое условие для достижения научных, образовательных и инновационных целей, — считает Марина Владимировна Мамонова.

Квантовые вычисления – революция в сфере обработки информации, и уже сегодня она совершается, в том числе, и у нас в Омске.