Прогресс в области квантовой информатики и квантовых вычислений приобрел в последние годы столь грандиозный размах, что многие журналисты для характеристики этой ситуации часто пользуются метафорой из той же области - "квантовый скачок". Наша газета также не оставалась в стороне от этих событий, но обращаться приходилось прежде всего к разработкам ученых и инженеров дальнего зарубежья. Но, как известно, "за морем и волы по копейке, да рубль перевоз". И нам приятно сообщить нашим читателям, что Беларусь в квантовой информатике - вовсе не глухая периферия, а один из признанных в мире центров. И заслуга в этом сотрудников лаборатории квантовой оптики Института физики им. Б. И. Степанова Национальной академии наук Беларуси и, прежде всего, ее заведующего, профессора Сергея Яковлевича Килина.

- Сергей Яковлевич, скажите, пожалуйста, каким был Ваш путь в теорию квантовой информации и вычислений?

- Все было совершенно естественно и закономерно. Дело в том, что открытые уже давно квантовые свойства света в оптике как таковой практически никак себя не проявляли. Для описания взаимодействия электромагнитного излучения с веществом вполне достаточно было полуклассических (волновых или корпускулярных) методов. Ситуация стала кардинально меняться к концу 70-х годов, когда были открыты тонкие эффекты, имеющие чисто квантовую природу. Так, в частности, в 1977 г. в нашей лаборатории было открыто необычное явление группировки и антигруппировки разночастотных фотонов, при котором определенные фотонные состояния или всегда появляются, или никогда не появляются вместе. Интерес к квантово-оптическим эффектам стал возрастать, когда стало понятно, что именно в силу квантовой природы света невозможно обычными способами создать идеально бесшумный канал передачи информации, поскольку всегда присутствует неустранимый, в принципе, вклад вакуума электромагнитного поля, в результате чего спектральное распределение имеет гауссов вид. И именно в рамках квантовой оптики в конце 80-х годов удалось показать возможность генерации особых "сжатых" (squeezed) состояний в многофотонных процессах, которые позволяли создавать каналы более узкие, чем гауссов. Отсюда, понятно, прямая дорога к приложениям в области коммуникаций и информатики. Но у квантовых каналов связи было и другое важное свойство, связанное с тем, что любое квантовое состояние невозможно измерить, не разрушив его. А это значит, что квантовая оптика открывала перспективы создания почти совершенно секретных линий оптоволоконной связи, самой физикой защищенных от перехвата. И такие линии уже реально существуют, позволяя осуществлять безопасную коммуникацию на расстояния порядка 100 км.

- К тому времени появились и теоретические труды по квантовым вычислениям, начиная с пионерских работ Р. Фейнмана, Д. Дойча, затем демонстрация принципиальной возможности квантовой телепортации Ч. Беннеттом с коллегами и т.д.

- Да, действительно, это так. Но все это оставалось в области теоретически интересного и возможного, пока в 1994 г. Питером Шором не был предложен алгоритм факторизации очень больших чисел для квантовых компьютеров, а ведь именно факторизация, а точнее, невозможность такой факторизации за разумное время с помощью конвенциальных вычислительных средств, лежит в основе методов криптографии. Существовали и другие задачи подобного класса, где обычные алгоритмы вели к экспоненциальному росту необходимого для решения времени при увеличении числа переменных (поиск в базах данных, задача "о путешествиях коммивояжера", моделирование квантово-механических систем и под.). Из теории квантовых вычислений следовало, что при использовании квантовых вычислительных устройств время решения будет возрастать лишь полиномиально при усложнении задачи. С этого времени рост числа работ по квантовому компьютингу и информации невероятно увеличился, и сейчас их количество едва ли поддается полному учету. К тому же во второй половине 90-х годов были продемонстрированы действующие прототипы примитивных квантовых компьютеров, а недавно, как вы знаете, и решена первая задача по факторизации числа 15.

Существует несколько различных подходов к реализации квантовых процессоров, но пока они технологически очень сложны и во внелабораторных условиях неосуществимы. Квантовая оптика и здесь открывает интереснейшие перспективы именно для практических приложений, как, например, возможность манипулирования одиночными фотонами.

- Таким образом, вряд ли ошибкой будет сказать, что Вы являетесь не только пионером квантового компьютинга и квантовой информатики у нас в Беларуси, но и одним из первопроходцев в этой области вообще?

- В научном мире не принято самому определять место своих исследований. Однако, мне кажется, что мы старались идти в ногу со временем. По крайней мере, нами был предсказан ряд новых физических эффектов и явлений, таких, как эффект группировки и антигруппировки разночастотных фотонов, "замораживание" спонтанного распада в фотонных кристаллах, генерация сжатых и других неклассических состояний в многофотонных процессах, возникновение солитоноподобных импульсов в вынужденном комбинационном рассеянии, квантовая неустойчивость дипольного момента атомов, подавление квантового динамического туннелирования лазерным излучением, одноатомная оптическая бистабильность в микрорезонаторах. Нами также был предложен метод манипулирования ядерными спинами при комбинированном радиочастотно-лазерном воздействии на кристаллы алмаза, доппированные точечными примесями, который может быть использован для создания квантового процессора. Эксперименты в этой области в настоящее время проводят наши немецкие коллеги. О международном признании наших работ свидетельствует и то, что именно нам были заказаны обзоры по квантовой теории информации для таких авторитетных изданий, как "Успехи физических наук" (1999, Т. 169, № 5, С. 507-527; ufn.ioc.ac.ru/ufn99/ufn99_5/Russian/r995b.pdf) и Progress in Optics (Vol. 42, 2001).

- Можно ли в связи с этим надеяться на значительный прогресс в области квантового компьютинга именно у нас, в Беларуси, и выход исследований на уровень таковых в США, Японии, Евросоюзе, Китае?

- Для решения проблемы создания квантовых компьютеров необходимо вкладывать достаточно большие деньги. Для примера можно сказать, что в 2001 году в США на программу создания таких компьютеров было выделено больше средств, чем в свое время на программу "Аполлон". Мы при своих достаточно скромных возможностях можем лишь поспособствовать прогрессу в данной области.

- По-видимому, это одна из задач проводимой вами уже почти два десятилетия Международной конференции по квантовой оптике. Всего несколько недель осталось до открытия очередной, девятой по счету конференции, которая пройдет с 14 по 17 мая в Раубичах под Минском. Расскажите, пожалуйста, вкратце об этой конференции.

- Мы начали проводить конференцию (тогда "Семинар по квантовой оптике") еще в 1986 году, раньше, чем в других странах Европы, и с тех пор регулярно, каждые два года, у нас в Беларуси собираются специалисты для творческого сотрудничества в данной области. Начиная с 1998 года, в программу конференции стали включаться и вопросы, связанные с квантовой теорией информации и вычислений. В 2000 году таких выступлений было уже не мало. Предстоящая конференция, как и предыдущие, обещает быть достаточно интересной и представительной. В ней примут участие около ста исследователей из Австралии, Австрии, Беларуси, Великобритании, Германии, Израиля, Индии, Испании, Италии, Китая, Колумбии, Нидерландов, Польши, России, США, Франции, Швеции и Японии, представляющих известные научные центры (Массачусетский технологический институт в США, Высшая нормальная школа во Франции, Оксфордский университет в Великобритании, Королевский технологический институт в Швеции, Институт квантовой оптики им. М. Планка в Германии и др.). Среди них такие известные ученые, как Кристиан фон Борцисковский, Мартин Чарлтон, Паоло Томбези, Йорг Врахтруп, Гуннар Бьёрк. Тематика также весьма разнообразна: от теоретических оснований квантовой оптики до воплощений в конкретных технологиях.

- Действительно, и география, и уже заявленные темы приглашенных докладчиков показывают, что это будет крупное событие в научной жизни не только нашей страны. Но у нас еще будет возможность рассказать о нем более подробно в одном из следующих номеров.

Более подробную информацию о конференции и истории ее проведения можно найти по адресу: master.bas-net.by.

Беседу вел Сергей САНЬКО

Калин Сергей Яковлевич - профессор кафедры теоретической физики БГУ, доктор физ.-мат. наук, заведующий лабораторией квантовой оптики Института физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси

Родился в 1952 г. в г. Гомель

В 1974 г. окончил физический факультет БГУ

В 1980 г. защитил кандидатскую, а в 1992 г. докторскую диссертацию по теме "Физика квантовых флуктуаций при нелинейно-оптических взаимодействиях"

В 1990 г. работал приглашенным сотрудником NIST (США), в Нью-йоркском, Рочестерском, Колорадском, Орегонском, Мичиганском, Техасском университетах, Королевском Техническом университете (Стокгольм) и других международных центрах

Лауреат премии Ленинского комсомола 1982 года за работы по квантовой теории резонансной флуоресценции

Автор первой в FSU монографии по квантовой оптике "Квантовая оптика: поля и их детектирование" (Мн., 1990) и около двух сотен научных работ, опубликованных в престижных изданиях

В настоящее время работает в области теории квантовых вычислений, квантовой криптографии, спектроскопии одиночных молекул и квантовой полевой инженерии