– Изначально я занимался нелинейной оптикой, ей посвящена и моя кандидатская диссертация, – рассказывает Сергей Анатольевич. – После защиты решил поработать за границей, подавал заявки на участие в конкурсах, стали поступать предложения. Поначалу не решался уехать – были причины, но потом появилось понимание того, что возможности проходят мимо меня. И я решил, что откликнусь на первое же предложение.
Приглашение из Южной Кореи пришло осенью 2001-го. Вакансия предполагала проведение исследований в области квантовой информатики. На тот момент данное направление было новым для ученого и вызывало у него интерес. Возможно, поэтому следующие десять лет он провел в Корее.
Сотрудничал с Инха (университет в городе Инчон), КИАС (институт в Сеуле) и Сеульским национальным университетом. Довелось поработать с учеными мирового уровня, такими как Кишик Ким, Хенсик Джанг и Джаеван Ким. Последний выступил научным консультантом Сергея Анатольевича при проведении исследований, положенных в основу докторской диссертации. Не так давно, в 2013 году, Джаеван Ким и Кишик Ким приезжали в Челябинск – знакомились с ЮУрГУ, выступали с докладами, обсуждали с руководством возможность научного сотрудничества.
Исследованиями, результаты которых отражены в докторской диссертации, ученый занимался с 2002 года, а писал ее в течение трех лет. Диссертационных советов по квантовой информатике сейчас в России нет – возможно, в силу того, что разработкой этого направления занимаются немногие, в частности, в ЮУрГУ – только Сергей Подошведов и его ученик. Поэтому защита диссертации проходила перед членами совета по теоретической физике – но оппонентами Сергея Анатольевича были ведущие эксперты в области квантовой информатики. По словам ректора ЮУрГУ Александра Шестакова, сейчас обсуждается возможность создания диссертационного совета по данному направлению.
Квантовая информатика, как и любое научное направление, имеет свою специфику. Большая часть исследований носит теоретический характер, они связаны с базовыми понятиями и закономерностями, раскрывающими суть квантового мира, граничащего с миром классической физики.
– Люди пытаются понять, почему существует граница между этими двумя мирами, где начинается один и заканчивается другой. А главным направлением, в котором работают сейчас ученые, является создание квантового компьютера. К сожалению, на данном этапе развития это только идея, гипотетическое устройство. Тем не менее, данная модель позволяет глубже понять законы квантового мира и является основой для построения новых будущих технологий, – поясняет Сергей Анатольевич.
Впервые о перемещенных состояниях Сергей Подошведов услышал на одном из рабочих семинаров, которые еженедельно проводились в КИАС. Особенность таких состояний в следующем: помимо того, что данные состояния являются дискретными, они характеризуются дополнительным параметром, который может принимать любые значения.
Размышляя над этой проблемой, ученый стал рассуждать о том, почему после 1990-х они перестали быть востребованными, ведь они открывают перед исследователями новые возможности. Причина крылась в математических сложностях, которые необходимо было преодолеть.
Тогда Сергей Анатольевич и создал математический аппарат, в основе которого – матрица преобразований, связывающая произвольные наборы перемещенных состояний света. Данный математический аппарат позволяет работать с оптическим состоянием в произвольном представлении перемещенных базисных состояний, что открывает новые возможности для реализации гибридных состояний.
Если квантовый компьютер и появится в будущем, то он, скорее всего, будет реализован на гибридных состояниях. Соответственно, развиваемый математический подход может стать основой для реализации детерминированных квантовых протоколов, элементарных квантовых гейтов и в конечном счете проектирования самого квантового компьютера.
По мнению ученых, это устройство может быть рассмотрено как одна из разновидностей суперкомпьютера, работающая на отличных физических принципах. Подобное устройство будет способно решать задачи – такие, к примеру, как разложение числа на простые множители или более быстрый поиск нужного элемента в большом количестве данных – намного быстрее, чем обычные компьютеры.
Первым же коммерческим «продуктом» данной отрасли науки стал протокол квантовой криптографии, в основе которого кодирование, позволяющее передавать информацию по линиям телефонной и интернет-связи. Однако сейчас использование протокола позволяет передавать закодированную информацию только на небольшие расстояния, не превышающие двухсот километров.
О высокой значимости исследований, проведенных ученым, говорится в многочисленных рецензиях и отзывах на его работы, поступающих от исследователей с мировым именем. Ему рекомендовано использовать данный математический аппарат в педагогических целях, это означает, что детали данного подхода могут быть опубликованы в пособии или учебнике.
Сам Сергей Анатольевич говорит, что был бы рад, если бы число тех, кто интересуется квантовой информатикой и работает в этом направлении, постепенно увеличивалось. Возможно, взаимодействие с единомышленниками поможет ученому достигнуть еще более высоких результатов.