Президент РАН Александр Сергеев: «В течение 2−3 лет в Сарове можно будет создать фотонный вычислитель»

27 декабря 2021 года, 12:31 Тема: Год науки и технологий

В Год науки и технологий в РФЯЦ-ВНИИЭФ под эгидой создаваемого в Сарове Национального центра физики и математики (НЦФМ) прошла первая научная конференция, посвященная фотонным компьютерам. В ее работе принял участие президент РАН Александр Сергеев. Он поделился своими мыслями о фотонике как перспективной отрасли науки и значимости ее развития для России.

В чем необходимость создания такой отрасли как фотонные компьютеры?
Классические информационные бинарные задачи, которые решаются с помощью электроники, можно решить гораздо быстрее с помощью фотоники, поскольку фотоны имеют меньшую массу и двигаются со скоростью света. Это главный момент, потому что мы упираемся в производительность компьютеров, много приложений требуют все большего количества вычислений не только в экономике, но и бизнесе. Например, при разработке новых материалов с определенными свойствами первой задачей стоит моделирование движения отдельных атомов и молекул, а затем анализ их взаимодействия с материалом. Если у нас на разработку такого материала, необходимого для промышленности и бизнеса, требуется несколько лет работы, а в другой стране, где есть более производительные машины, — неделя, то мы проигрываем по экономике. Поэтому вопрос быстрых компьютеров и высокопроизводительных вычислений — сейчас вопрос номер один. К сожалению, по производительности компьютеров мы отстаем на два порядка от ведущих стран. В топ-500 мировых компьютеров российских только два, и то не на передовых позициях. Если сокращение отрыва по производительности — это особое направление в области традиционных компьютеров, то фотонные позволяют по крайней мере для некоторых приложений на несколько порядков ускорить вычисления. Поэтому фотонные вычисления необходимо использовать для очень важных задач экономики.
Каких, например?
Развитие искусственного интеллекта. Львиную часть времени здесь занимает специальная процедура, связанная с перемножением матриц. Оказалось, что фотонные вычислители позволяют делать эти операции (и это уже продемонстрировано в последние год-два на нескольких реализациях фотонных машин) со скоростью, абсолютно несравнимой с тем, что делает самый высокопроизводительный традиционный компьютер. Думаю, нам надо сосредоточиться на том, чтобы информационщики поставили задачу, а физики ответили на вопрос, как это можно сделать с помощью фотонных вычислений. Это абсолютно фундаментальная задача, и НЦФМ с учетом накопленного здесь опыта и кооперации с МГУ, у которого здесь есть филиал, — очень подходящее место, чтобы эти работы здесь развернуть. Могут сложиться альянсы, позволяющие достаточно быстро создать фотонные вычислители, которые продвинут вперед работы, связанные с развитием и применением искусственного интеллекта.
Каким результатом вы были бы довольны?
С использованием российских технологий создания фотонных элементов, нано-, микрофотоники создать оптический чип и на нем продемонстрировать превосходство фотоники над электроникой в операциях, которые важны для развития системы искусственного интеллекта. И тогда в значительной степени мы могли бы перетянуть на отечественную элементную базу и информационщиков. С чем мы сталкиваемся? Наши программисты — одни из лучших в мире, а по элементной базы мы существенно отстаем. Не надо повторять того же в фотонике. Это очень важная задача, и она может быть решена в ближайшее время. В России есть несколько институтов, которые обладают технологиями создания похожих элементов. Надеюсь, Росатом найдет ресурс, каким образом привлечь их к работе, и тогда в течение 2−3 лет в Сарове можно будет создать фотонный вычислитель. Главное — мы понимаем, куда идти и что делать. Нужна государственная синхронизация усилий, что и делает Росатом. Времени у нас мало, иначе мы опять можем проиграть соревнование.

Среди участников конференции по фотонике была и Наталья Истомина, доктор физико-математических наук, заместитель академика-секретаря отделения физических наук Президиума РАН, главный редактор журнала «Фотоника». Мы поговорили с Натальей Леонидовной о прошедшем мероприятии.

Конференция по фотонным компьютерам очень удачная с точки зрения того, что, во-первых, собрались разные специалисты — математики, программисты, технологи, представители индустрии. Во-вторых, она открывает шлюзы для людей: например, технологи понимают, что нужно программистам, математики — какое решение будет реализовано с помощью оптических элементов. Такие встречи в рамках Национального центра физики и математики — это очень креативное решение. Раньше институты и вузы создавались сверху — под решение какой-то узкоспециализированной задачи. Здесь же инициатива идет снизу — под потребности людей и на основе анализа мировых трендов развития. Более того, мне кажется, именно в НЦФМ они будут формироваться, поскольку обсуждаемые темы находятся на острие задач, обсуждаемых научным сообществом.

Но есть и то, что меня расстроило. Как главный редактор журнала «Фотоника» я часто посещаю конференции, связанные с этой темой, а также являюсь представителем научного совета лазерных ассоциаций. Так вот группы, которые занимаются фотоникой, в России разобщены. Одни под фотоникой понимают фотонно-интегральные схемы. Те, кто занимается лазерами, — генераторы излучения и оптические элементы управления и передачи излучения, специалисты из области полупроводниковой техники — лазерные диоды. В результате понятие фотоники так и не сформулировано, и об этом говорилось на конференции. Нужны семантические признаки, которые будут понятны всем.
Может быть, прошедшая конференция и есть первый шаг в этом направлении?
Может быть. Но я бы ее масштабировала на большую выборку научных сотрудников, которые занимаются другими направлениями фотоники. Я имею в виду индустриальную фотонику — лазеры, передача энергии по оптоволоконным каналам, создание оптоволокна, оптические элементы. Когда говорят о ГОСТах, а они обязательно нужны для индустрии, имеют в виду программное обеспечение для кибербезопасности. Но они нужны и для лазерной техники. Почему опасно покупать импортное оборудование? Потому что в промышленных лазерах делаются закладки, которые будут передавать данные о технологических режимах при обработке того или иного материала.
Какова ситуация с фотоникой в мире? Кто в лидерах? Намного ли мы отстали?
Мы отстаем в индустриальной фотонике — там, где требуется много материальных вложений. На уровне расчетов — то, что связано с математикой, мы не отстаем, будь то логические элементы будущей фотонной машины или интегральная оптика. И это показали доклады на конференции. А вот индустриальная фотоника здесь не рассматривалась — не были приглашены специалисты в этой области, хотя они есть в России. Все устремлены мыслями вперед, но не смотрят на ту базу, которая сейчас существует. У нас нет отечественных комплектующих оптических элементов. Их закупают в Китае, и не потому, что они лучше, а потому, что дешевле. Но тогда не развивается собственная база.

Еще раз повторю, что конференция отличная, но, к сожалению, показывает разобщенность специалистов в этой области. И это я наблюдаю в течение нескольких лет и в других структурах, когда есть несколько кластеров, не связанных между собой.
Что, по вашему мнению, нужно сделать, чтобы исправить ситуацию?
Масштабировать такие встречи. Возможно, перенести на другую площадку, чтобы участвовало больше специалистов. Нужно больше встреч — больших и маленьких. Нужно связывать людей, обмениваться идеями. Здорово, если НЦФМ выступит зачинателем этого.

Материал предоставлен пресс-службой РФЯЦ-ВНИИЭФ