Алексе́й Константи́нович Фёдоров ( 1 ноября 1993 , Москва , Россия ) — российский физик-теоретик , специалист по квантовой физике , квантовым вычислениям и теории многих тел , разработчик квантового блокчейна . Руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра , директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ «МИСИС» , профессор кафедры Российского квантового центра Московского физико-технического института (МФТИ) , основной автор Дорожной карты по квантовым технологиям Национальной программы « Цифровая экономика » . Лауреат премии « За верность науке » (2021) .

Биография

Родился 1 ноября 1993 года в Москве . Вырос в Люберцах, закончил там школу с золотой медалью . В 15 лет поступил в МГТУ им. Н. Э. Баумана .

С 2010 года работал в Институте проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН в лаборатории механики управляемых систем , где занимался задачей оптимального управления для системы из произвольного числа линейных осцилляторов . Совместно с А. И. Овсеевичем построил асимптотическую теорию для оптимального управления системой осцилляторов и струны .

С 2012 года начал работать в группе « Квантовая оптика » в Российском квантовом центре под руководством профессора Александра Львовского. Прошел стажировку в группе Александра Львовского в Университете Калгари ( Канада ) . В 2013 году получил стипендию для студентов Российского квантового центра , стал одновременно работать в двух научных группах: « Квантовая оптика » под руководством Александра Львовского и « Теория многих тел » под руководством Георгия Шляпникова . В 2013—2014 проходил стажировку в Гарвардском университете в группе под руководством Евгения Демлера .

В 2015 году получил стипендию Клуба Императорского технического училища и впоследствии с отличием окончил обучение в МГТУ им. Н. Э. Баумана . Поступил в аспирантуру в Лабораторию теоретической физики и статистических моделей Национального центра научных исследований Франции в Университете Париж-Юг ( Университет Париж-Сакле ). Параллельно с учёбой в аспирантуре занимался исследованиями в области алгоритмов постобработки для систем квантового распределения ключей .

В 2017 году защитил диссертацию по теоретической физике в Университете Париж-Сакле под руководством профессора Георгия Шляпникова на тему «Нестандартные многочастичные фазы в ультрахолодных дипольных системах» . После защиты диссертации полноценного вернулся к работе в Российском квантовом центре .

С 2018 года работает над проектами КуАпп , занимающимся созданием постквантовых криптографических алгоритмов , и КуБорд — разработчика облачной платформы для квантовых вычислений. Также занимается развитием проекта КуРэйт — производителя научно-образовательных комплексов и промышленных установок для квантового распределения ключей . С научным визитом посетил Институт квантовой оптики Макса Планка (группа Игнасио Сирака ) в Гархинге ( Германия ) .

В 2019 году вошел в итоговый список Forbes Россия «30 до 30» в номинации «Наука и технологии» . Получил грант Президентский программы Российского научного фонда для молодых учёных . С 2019 года Алексей руководит научной группой «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра . Стал одним из основных авторов Дорожной карты развития квантовых технологий РФ .

В 2020 году возглавил проект Лидирующий исследовательский центр « Квантовые вычисления » на базе Российского квантового центра . А также в рамках Дорожной карты по квантовым вычислениям , реализуемой Госкорпорацией «Росатом» , возглавляет направление по квантовым алгоритмам и программному обеспечению . С 2020 по 2022 год с участием ученых из Российского квантового центра , ФИАН им. П. Н. Лебедева , ФТИАН им. К. А. Валиева и Сколковского института науки и технологий разработал квантовый процессор на основе ионов в ловушках с возможностью удаленного облачного доступа при поддержке Фонда НТИ . В 2020 году в 26 лет стал профессором кафедры Российского квантового центра Московского физико-технического института (МФТИ) .

В 2021 году стал победителем премии «За верность науке» за вклад в популяризацию науки и технологий среди молодых учёных .

В 2022 году возглавил лабораторию Университета НИТУ «МИСИС» в рамках стратегического проекта «Квантовый интернет» .

В 2023 году вошел в состав Координационного совета по делам молодёжи в научной и образовательной сферах Совета при Президенте Российской Федерации по науке и образованию . Возглавил Институт физики и квантовой инженерии НИТУ «МИСИС» .

Алексей является автором более 100 научных работ в журналах Nature (статья-комментарий ), Communication Physics, Scientific Repots, Physical Review X , Physical Review Letters , Physical Review B , Physical Review A, Успехи физических наук и др. Приглашенный докладчик на ведущих международных научных конференциях . Заместитель руководителя Научного комитета Национальной премии в области будущих технологий «Вызов» (руководитель Научного комитета — профессор Артем Оганов ) . Индекс Хирша по данным Google Scholar — 26, общее число цитирований — более 2100 . Член редколлегии международного журнала .

Область научных интересов и научные результаты

Математическая теория оптимального управления

Первые работы А.К. Федорова связаны с теорией оптимального управления . Совместно с А.И. Овсеевичем была построена теория асимптотически оптимального управления системой из произвольного числа линейных осцилляторов , связанного общим ограниченным управлением . Такая задача в случае одного осциллятора является классической для теории управления и может быть решена с помощью принципа максимума Понтрягина . В случае произвольного числа осцилляторов неизвестен способ построения оптимального управления в аналитической форме с помощью методов принципа максимума . Основное преимущество разработанной теории состоит в возможности получить эффективных численный алгоритм для управления системой из произвольного числа линейных осцилляторов , связанных общим ограниченным управлением . Эти результаты были обобщены на случай распределённой системы — струны .

Физика квантовых технологий

Основной областью научных интересов являются квантовая теория информации и физика квантовых технологий . Предложил новый метод вычисления томограмм квантовых систем с помощью интегралов по траекториям , новый подход к вычислению томограмм дискретных переменных на основе алгебр кватернионов , а также концепция томографического дискорда (в качестве экспериментальной платформы для анализа предложена система связанных квантовых электрических цепочек ). Работая в группе А. Львовского, А. К. Федоров принял участие в эксперименте по квантовой гомодинной томографии мультимодовых процессов с помощью когерентных состояний . В работах А.К. Федорова совместно с группой А. Львовского были предложены методы характеризации сложных квантовых систем с помощью квантовой томографии и машинного обучения , в частности для 20-кубитного квантового симулятора на основе ионов, разработанного группой ( Инсбрук , Австрия ) .

Квантовые коммуникации

Под руководством А. К. Федорова были разработаны алгоритмы обработки для систем квантового распределения ключей , в частности, методов для аутентификации и коррекции ошибок (совместно с Е. О. Киктенко и А. С. Трушечкиным), и проведены эксперименты по квантовому распределению ключей в городских условиях . Была предложена концепция квантового блокчейна — распределённого реестра , использующего квантовое распределение ключей при аутентификации и протокол широковещания , разработанный Лэмпортом , для защиты от атак с квантовым компьютером . Эксприментальная демонстрация квантового блокчейна была проведена с использованием сетей квантового распределения ключей в Москве .

Квантовые алгоритмы

Группа А. К. Федорова занимается разработкой квантовых алгоритмов для задач комбинаторной оптимизации , например, для сборки генома и оптимизации графика для сетей телекоммуникации , а также для моделирования молекул и химических реакций (впервые показана возможность промоделировать квантовым образом реакцию окисления углерода ), а также для машинного обучения в интересах генеративной химии : предложен метод дизайна лекарств с помощью квантовых компьютеров .

Кудитный квантовый процессор

В рамках проекта Лидирующий исследовательский центр «Квантовые вычисления» под руководством А. К. Федорова учёными из Российского квантового центра , ФИАН им. П. Н. Лебедева , ФТИАН им. К. А. Валиева и Сколковского института науки и технологий был разработан квантовый процессор на основе ионов с облачным доступом . В основе процессора используются ионы иттербия . При этом каждый ион представляет собой не кубит , а кудит — многоуровневую квантовую систему (используется кукварт с четырьмя уровнями) . Использование одного иона как пары кубитов , а также использование дополнительных уровней кубитов как вспомогательных буферов для квантовой информации (например, в качестве вспомогательных кубитов для декомпозиции многокубитных вентилей , таких как вентиль Тоффоли ) , позволяет повысить эффективность реализации квантовых алгоритмов, например, алгоритма Гровера .

Физика многих тел

В области физики многих тел и физики конденсированного состояния был продемонстрирован ротон -максонный характер возбуждений для наклонных дипольных систем в двумерной геометрии , предсказан эффект ротон -максонного спектра для экситонов в квазидвумерной геометрии , а также предсказана p -волновая сверхтекучесть дипольных молекул и атомов в оптических решётках (совместно с Г.В Шляпниковым и В. И. Юдсоном). Предсказанное подавление неупругих процессов для атомов в оптической решётке было исследовано экспериментально группами из Университета Торонто ( Канада ) и JILA ( Колорадо , США ) . Группой Федорова предложено использовать методы машинного обучения для детектирования квантового хаоса , фазовых переходов в ферримагнетиках и разрушения запутанности в квантовых системах . Совместно с группой Юрия Лозовика предсказан квадрупольный характер поведения экситонов в двумерных системах , который был изучен экспериментально .

Примечания