Стратегия Сингапура в области квантовых технологий
Квантовые технологии (КТ) признаны руководством Сингапура как одно из важнейших направлений развития ИТ-сферы государства, которое за последние двадцать лет достигло значительных успехов в цифровой трансформации общества. Страна является одной из самых прогрессивных и активно развивающихся экономик мира с высоким показателем ВВП на душу населения.
КТ призваны обеспечить эффективные и безопасные методы передачи информации, а также предоставить необходимые высокие вычислительные ресурсы в таких областях как искусственный интеллект, облачные вычисления, большие данные (Big Data), Интернет вещей (IoT) и других, которые так или иначе связаны с обработкой и хранением информации.
К настоящему времени Сингапур достиг определенных успехов в развитии квантовой экосистемы страны. Так, ещё в 2007 году на базе Национального университета Сингапура (NUS) был создан Центр квантовых технологий (Centre for Quantum Technologies, CQT). Он сотрудничает с исследовательскими институтами-партнёрами: Наньянским технологическим университетом (Nanyang Technological University, NTU), Сингапурским университетом технологии и дизайна (Singapore University of Technology and Design, SUTD) и Агентством по науке, технологиям и исследованиям (Agency for Science, Technology and Research, A*STAR). Центр объединяет свою инфраструктуру и опыт сотрудников с ресурсами Института высокопроизводительных вычислений (IHPC), находящегося в ведении A*STAR, а также Национального центра суперкомпьютеров (NSCC) для развития различных квантовых систем и изучения их применения в рамках отраслевого сотрудничества.
Основная сфера деятельности CQT включает проведение исследований по трем направлениям: коммуникация, вычисления и моделирование, зондирование и метрология. Кроме того, Центр ведёт исследования в области фундаментальных наук, а также разрабатывает и создаёт собственные приборы, от электронных контроллеров до фотонных детекторов.
В 2018 году была запущена программа квантовой инженерии (Quantum Engineering Programme, QEP) для создания конкурентоспособного исследовательского сообщества. В рамках программы основное внимание уделяется внедрению результатов исследований в коммерчески жизнеспособные квантовые приложения и продукты.
С 2022 года идет реализация проекта по развитию национальной квантово-безопасной сети (National Quantum-Safe Network, NQSN). Был создан тестовый участок NQSN между двумя ЦОД сингапурской компании ST Telemedia. Проведенные исследования и испытания тестовой сети продемонстрировали техническую осуществимость внедрения технологии квантового распределения ключей и позволили сделать первый шаг в создании национальной защищенной сетевой инфраструктуры.
С целью укрепить позиции Сингапура как одного из ведущих центров по разработке и внедрению КТ, в мае 2024 года правительство страны объявило о запуске своей новой национальной квантовой стратегии (National Quantum Strategy, NQS).
NQS рассчитана на пять лет с общим финансированием около 300 млн сингапурских долл. (более 223 млн долл. США) в рамках программы «Умная нация и цифровая экономика» (Smart Nation and Digital Economy, SNDE) Национального исследовательского фонда (National Research Foundation, NRF).
Координация работ (рис.1) по реализации стратегии возложена на Национальное квантовое бюро (National Quantum Office, NQO), которое находится в ведении A*STAR.
Разработанная NQO стратегия предусматривает четыре основных направления развития (Рис.2).
По первому направлению планируется реорганизация Центра квантовых технологий (Centre for Quantum Technologies, CQT) в Национальный центр со своими филиалами в партнёрских учреждениях (NTU, A*STAR, SUTD и других). Это преобразование позволит объединить опыт университетов и A*STAR, с целью укрепления лидерства Сингапура в области научных исследований и инноваций.
Будучи Национальным центром, CQT продолжит проводить научные изыскания, а также будет обучать учёных и инженеров, получающих степени доктора наук и магистра, в том числе принимать студентов, обучающихся по новой национальной стипендиальной программе по КТ (National Quantum Scholarships Scheme, NQSS).
Директор CQT также является ведущим научным сотрудником Национального центра квантовых вычислений (NQCH) и будет руководить Национальной инициативой по созданию квантовых процессоров (NQPI) – новой программой, запущенной в рамках NQS.
По второму направлению планируется уделить особое внимание критически важным компонентам и технологиям, а также приложениям в следующих трёх областях:
• квантовые коммуникации и безопасность;
• квантовые процессоры, вычисления и моделирование;
• квантовое зондирование и метрология.
Действующие на национальном уровне квантовые проекты, ведущиеся в Национальном центре квантовых вычислений (National Quantum Computing Hub, NQCH) и Национальной квантовой объединенной фабрике (National Quantum Federated Foundry, NQFF), а также программу по созданию Национальной квантово-безопасной сети (National Quantum Safe-Network, NQSN) – планируется расширить. Дальнейшая цель – создание промышленными предприятиями в партнёрстве с исследовательским сообществом значимых квантовых решений. В частности:
• NQCH расширит свои возможности в области использования квантовых вычислений для поддержки проектов в сфере финансов, разработки лекарств и логистики;
• NQFF, созданная на базе Института материаловедения и инженерии (IMRE) A*STAR, будет осуществлять управление производственными инструментами, необходимыми для проектирования, изготовления и определения характеристик важнейших квантовых компонентов и технологий, удовлетворяя технические потребности других программ и инициатив национального уровня. IMRE обладает широкими возможностями в области полимерных и органических, а также композитных и конструкционных материалов для производства передовых веществ, оптики и электроники;
• Дальнейшее развитие NQSN дополнено новой инициативой правительства National Quantum-Safe Network Plus (NQSN+), являющейся частью проекта развития сетевой инфраструктуры страны на период до 2030 года. Реализация NQSN+ позволит облегчить организациям и предприятиям, например, таким как больницы и банки, доступ к решениям, защищающим их критически важные данные.
К действующим на данный момент национальным квантовым проектам добавляются два новых: Национальная программа по квантовым датчикам (National Quantum Sensor Programme, NQSP) и Национальная инициатива по квантовым процессорам (National Quantum Processor Initiative, NQPI).
Целью NQSP является обеспечение эффективной национальной координации исследований по трем основным направлениям:
— местоположение, навигация и хронометраж (работы по разработке систем позиционирования и навигации без использования GPS и оптических часов нового поколения);
— дистанционное зондирование (высокоточное и стабильное измерение движения, электрического и магнитного полей);
— биомедицина и медицинские технологии (биоизображение с высоким разрешением и высокоточная магнитоэнцефалография).
NQPI сосредоточена на развитие возможностей Сингапура для разработки и создания своих квантовых процессоров на основе трёх технологий: захваченных ионов, массивов нейтральных атомов, а также фотоники, включая электронные системы управления. Процессоры, которые, как ожидается, будут созданы в результате реализации этой программы, будут доступны исследователям и партнёрам через Национальный центр квантовых вычислений (NQCH). Это расширит его возможности (в дополнение к существующей платформе на основе сверхпроводящих квантовых процессоров).
Руководство по реализации NQPI возложено на директора CQT, который также является ведущим научным сотрудником NQCH.
По третьему стратегическому направлению «Партнерство в области инноваций и предпринимательства» NQO планирует использовать квантовые программы национального уровня для налаживания отраслевых партнёрских отношений и развития квантовой экосистемы, в том числе для поддержки стартапов в этой области. Цель – создать динамичную квантовую экосистему, которая сделает Сингапур квантовым центром Азии.
Для дальнейшего роста и развития экосистемы NQO планирует осуществлять поддержку компаний следующими способами:
— налаживать партнёрские отношения между организациями, ведущими квантовые программы национального уровня, и государственными учреждениями, которые могут удовлетворить их потребности в НИОКР в квантовой области;
— разрабатывать модели сотрудничества и бизнес-модели для компаний, базирующихся в Сингапуре;
— сотрудничать в разработке вариантов практического использования квантовых технологий.
Так, в августе 2024 года в рамках программы QEP был организован семинар, приуроченный к запуску национальной программы по квантовым датчикам. Целью семинара явилось налаживание сотрудничества между промышленностью, организациями-пользователями и исследователями для совместной разработки квантовых сенсоров. Мероприятие собрало более 90 участников из местных университетов, государственных учреждений и отраслевых партнеров, которые в своих докладах поделились ценными сведениями о квантовых датчиках, охватывающими три основные темы: определение местоположения, навигация и синхронизация, биомедицинские датчики и визуализация, а также дистанционное зондирование.
О национальной цифровой платформе обмена государственными данными Application Programming Interface Exchange в Сингапуре читайте в нашей статье в Telegram. В сообществе представлены разные точки зрения научного сообщества, тематические переводы и актуальные новости — подписывайтесь.
По четвертому направлению «Привлечение и удержание талантов» планируется с помощью новой национальной стипендиальной программы (NQSS) в течение следующих пяти лет подготовить до 100 докторов наук и 100 магистров для удовлетворения потребностей промышленности и научных исследований в высококвалифицированных специалистах в Сингапуре.
Кроме того, предполагается дальнейшее ежегодное проведение таких мероприятий как Quantum Bootcamp и QCamp.
Первое, Quantum Bootcamp, представляет собой 8-недельную летнюю программу, организованную национальным центром квантовых вычислений. Этот курс предоставляет академический и практический опыт студентам (бакалаврам и магистрам), заинтересованным карьерным ростом в быстро развивающейся сфере квантовых вычислений. Он включает в себя структурированное обучение, наставничество, практическую работу с реальными кейсами, возможность наладить связи с ведущими международными компаниями и ежемесячное пособие.
QCamp – это организовываемая центром квантовых технологий недельная летняя школа для студентов, состоящая из множества занятий, направленных на развитие технических навыков и концептуальных знаний в области квантовой физики. Она призвана сориентировать учеников в будущих карьерных возможностях.
Таким образом, реализация NQS позволит закрепить достигнутые успехи в развитии квантовой сферы и создать в Сингапуре интегрированную квантовую экосистему, объединив научные достижения, инженерную базу, возможности инновационных предприятий и подготовку высококвалифицированных специалистов.