В атомной отрасли реализованы первые пилотные проекты применения квантовых вычислений. В рамках инновационного отраслевого проекта «Прорыв» успешно осуществлено решение тестовой оптимизационной задачи долгосрочного плана производства и поставки ядерного топлива.
Об этом рассказал генеральный директор «Росатом» Алексей Лихачев на бизнес-завтраке «Квантовый прорыв: от инвестиций в науку к бизнес-проектам», который Госкорпорация провела в рамках Санкт-Петербургского экономического форума.
Решение данной задачи с использованием квантово-вдохновленных алгоритмов обеспечивает оптимальную загрузку производственных мощностей и эффективное распределение топлива между потребителями. При этом, по предварительным тестам, расчет в среднем занимает несколько минут, обеспечивая преимущество во времени расчетов и значительно их ускоряя. Полученные результаты показывают, что использование квантово-вдохновленных алгоритмов потенциально может обеспечить более качественное и точное решение задач оптимизации в планировании и производстве, а с появлением промышленного квантового компьютера многократно увеличить масштаб (размерность) решаемых задач и скорость их решения.
«Росатом» осторожно идет вперед в деле применения квантовых вычислений. В логистике, в машиностроении, в работе с ядерным топливом. И, конечно, в проектах АЭС четвертого поколения – это вообще уникальный пример, тут в нашем понимании без квантовых технологий вообще не обойтись. Учиться решать индустриальные задачи с применением квантовых вычислений и алгоритмов необходимо уже сегодня. Чтобы мы были готовы к практической деятельности с появлением промышленного квантового компьютера», – сказал глава Госкорпорации.
Всего в 2024 году в рамках старта программы внедрения квантовых вычислений в атомной отрасли проработано 17 проектов, по четырем из них уже разработаны квантовые алгоритмы и ПО для решения различных производственных задач. В их числе задачи оптимизации производства, хранения и поставки потребителям продукции, моделирования процессов теплопереноса и теплопередачи, оптимизации плана выполнения производственных заказов с учетом технологического маршрута, оптимизации в цифровых двойниках производственных объектов и др. Проекты апробации применения квантовых вычислений на модельных задачах стартовали в нескольких крупнейших дивизионах Росатома.
Алексей Лихачев добавил, что развитие квантовой практики в стране требует от промышленников начать формулировать большие цели применения квантовых вычислений и быть готовыми к их применению. Наряду с этим, необходимо формировать кадровую базу квантовой индустрии за счет развития системы образования и программ переподготовки промышленников, которые призваны стать квалифицированными «квантовыми заказчиками».
Модератор «квантового» бизнес-завтрака директор по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом» Екатерина Солнцева назвала переход к квантовой практике мировым трендом, который России нельзя упустить:
«Мы вступаем в ответственный этап развития отечественного Квантового проекта, суть которого – переход от продолжающихся научных исследований к первым пилотным проектам внедрения. Во всем мире бизнес демонстрирует тягу к освоению квантовых технологий, причем наиболее активный интерес проявляют именно крупные корпоративные игроки. И в этом процессе нам с вами важно определить свою стратегию, понять свой маневр».
Участниками бизнес-завтрака «Квантовый прорыв: от инвестиций в науку к бизнес-проектам» стали генеральный директор – председатель правления ОАО «Российские железные дороги» Олег Белозёров, сооснователь Российского квантового центра Руслан Юнусов, генеральный директор CAS Cold Atom («CASCA») Биао Танг (КНР), старший вице-президент ПАО Сбербанк Андрей Белевцев, заместитель председателя правления «Газпромбанк» (Акционерное общество) Дмитрий Зауэрс, исполнительный директор, ООО «СИБУР» Василий Номоконов, другие.
Программа внедрения квантовых вычислений, в т.ч. квантовых алгоритмов, в атомной отрасли. Запущена в 2024 году. Уже проработано 17 различных проектов с применением квантовых вычислений, по четырем из них получены оптимистичные результаты. В частности, разработаны квантовые алгоритмы и программное обеспечение для решения целого ряда задач, включая оптимизацию производства, хранения и поставки потребителям продукции; моделирование процессов теплопереноса и теплопередачи с помощью решения системы линейных уравнений; оптимизацию плана выполнения производственных заказов с учетом технологического маршрута, а также оптимизацию в цифровых двойниках производственных объектов с использованием имитационного моделирования с квантово-вдохновленным оптимизатором. Для повышения квантовых компетенций в атомной отрасли свыше 150 специалистов, в т.ч. технических директоров предприятий, уже прошли повышение квалификации в рамках соответствующих программ в Корпоративной академии «Росатома».
Проект «Прорыв» – один из главных инновационных проектов в мировой атомной энергетике, реализуемый в России. Он предусматривает создание новой технологической платформы атомной отрасли на базе замкнутого ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах. Такая технология позволит исключить тяжелые аварии на АЭС, исключить эвакуацию и отселение населения при возникновении аварий на энергоблоке, вырабатывать электроэнергию без накопления облученного ядерного топлива и многократно повторно использовать отработавшее ядерное топливо, что снимет проблему ограниченности ресурсной базы атомной энергетики. В рамках проекта «Прорыв» на площадке Сибирского химического комбината (предприятие Топливной компании Росатома «ТВЭЛ») создается опытно-демонстрационный энергокомплекс (ОДЭК), который позволит отработать технологии, продемонстрировать замыкание ядерного топливного цикла и сделать первый шаг в построении атомной энергетики нового поколения.
Госкорпорация «Росатом» – глобальный технологический многопрофильный холдинг, объединяющий активы в энергетике, машиностроении, строительстве. Включает в себя более 450 предприятий и организаций, в которых работает около 420 тыс. человек. С 2020 года «Росатом» отвечает за реализацию дорожной карты (ДК) по развитию высокотехнологичной области «Квантовые вычисления». Паритетно с государством Госкорпорация вкладывает собственные внебюджетные средства в реализацию дорожной карты: общий объем финансирования на 2020-2024 годы составил 24 миллиарда рублей, из которых 12 млрд было вложено «Росатомом». Важной задачей ДК стало создание российского квантового компьютера - проект реализуется научными коллективами Российского квантового центра (РКЦ), Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН), МГУ имени М.В. Ломоносова, Университета МИСИС, МФТИ и других ведущих научных центров. В 2024 году в рамках ДК был создан российский 50-кубитный квантовый компьютер на ионах (учеными ФИАН и РКЦ), а также прототип 50-кубитного квантового вычислителя на одиночных нейтральных атомах рубидия (учеными МГУ и РКЦ). В целом Россия, наряду с США и Китаем, находится в числе трех стран-лидеров, создавших квантовые компьютеры на всех четырех платформах, которые считаются в мире приоритетными в качестве основы для квантовых вычислителей - сверхпроводники, ионы, нейтральные атомы и фотоны. Важным результатом реализации квантовой ДК является создание уникального коллектива ученых и инженеров, в который входят более 1000 специалистов, включая порядка 600 ученых. Создание квантовых вычислителей сопровождается формированием в России системы квантового образования, которая охватывает среднее и высшее профессиональное образование, а также усилия по переподготовке учительского состава. Реализация дорожной карты по квантовым вычислениям на 2025-2030 гг. будет нацелена на достижение качественных эффектов развития квантовых технологий в России. Главное в этом направлении – овладение практикой промышленного использования квантовых технологий.
