Нейроинтерфейсы: слияние человека и машины. Этот тренд выходит далеко за рамки медицинской реабилитации. К 2050-м годам нейроинтерфейсы могут стать таким же стандартным инструментом расширения возможностей человека, как смартфон сегодня.
Если сейчас технология используется для помощи парализованным пациентам (управление курсором, протезами), то в будущем она станет инструментом когнитивного усиления. «Ожидается рост пропускной способности канала «мозг-машина» с битов до мегабит и гигабит, что откроет путь к прямому «мысленному» взаимодействию с ИИ и цифровыми средами», — говорит Николай Викторович.
Он отмечает, что технологически развитие пойдет от жестких электродов к гибким, биосовместимым материалам и полностью беспроводным системам. Параллельно будут развиваться неинвазивные методы, например, функциональный ультразвук, которые позволят подключаться к «нейрооблаку» без операций.
Космическая связь: единая сеть Земля-космос. Спутниковая связь сегодня эволюционирует от «резервного канала для удаленных районов» к основному слою глобальной инфраструктуры, глубоко интегрированному с наземными сетями.
В будущем смартфоны будут напрямую подключаться к спутникам для голоса и данных везде, где нет вышек сотовой связи. Спутниковый сегмент перестанет быть отдельным рынком и станет частью стандарта 6G/7G (NTN — Non-Terrestrial Networks — «неземные сети» или «негеостационарные сети связи», в более широком смысле — «космические сети связи»).
«Стоимость терминалов и услуг будет падать, а пропускная способность — расти за счет низкоорбитальных группировок (LEO). Это сделает спутниковый интернет массовым и доступным для IoT, транспорта и личного использования», — предполагает Николай Никульников.
Биоцифровая конвергенция (Bio-Digital Convergence). Граница между биологией и информационными технологиями будет стираться. Это не только нейроинтерфейсы, но и программирование материи на молекулярном уровне.
Молекулярная связь и вычисления: вместо радиоволн для некоторых задач, например, внутри организма, могут использоваться биохимические сигналы. Появятся гибридные системы, где биологические компоненты — ДНК, белки — выполняют функции хранения данных или сенсоров.
Станет актуальной управляемая биология. Развитие генетики и нанотехнологий позволит создавать «умные» лекарства и импланты, которые общаются с внешними сетями и друг с другом, формируя «Интернет тела».
Автономный роевой ИИ как «невидимый фон». Искусственный интеллект перестанет быть отдельным сервисом или «умным помощником». Он станет распределенной средой обитания, управляющей физическим миром.
«Вместо одной супермодели возникнет экосистема из миллиардов специализированных ИИ-агентов, которые координируют работу транспорта, зданий, сетей связи и роботов», — подчеркивает Николай Никульников.
В будущем потребуются «технологические системы доверия» и протоколы взаимодействия между ИИ-агентами, чтобы предотвращать хаос и коллапсы такой сложной сети. Сами сети связи станут самооптимизирующимися и «AI-native» (ИИ-нативный).
Квантовые технологии и новые физические принципы. К 70-летнему горизонту в будущем классические вычисления и связь (даже на базе ИИ) могут упереться в фундаментальные пределы. На смену придут технологии, использующие квантовые и другие физические эффекты.
Квантовое распределение ключей (QKD) станет стандартом для защиты критической инфраструктуры от взлома будущими квантовыми компьютерами.
Помимо радио и оптики, могут использоваться нейтрино, гравитационные волны или запутанные состояния для связи на межпланетных расстояниях. Также ожидается прорыв в космической энергетике (передача энергии с орбиты на Землю), что изменит саму парадигму питания устройств.
«Все эти тренды взаимосвязаны: роевой ИИ будет управлять спутниковыми группировками, нейроинтерфейсы подключат людей к этому «облаку», а квантовые технологии обеспечат его безопасность», — заключает Николай Никульников.
Эволюция ИТ и связи невозможна без людских ресурсов. Специалистов для будущего уже сейчас готовит 3 факультет ПГУТИ.
«Например, космическая связь порождает новые бизнес-модели: орбитальные дата-центры, страхование спутниковых рисков, частотный трейдинг, управление «космическим трафиком». Факультет цифровой экономики в том числе готовит экономистов космической инфраструктуры — людей, которые считают ROI (коэффициент возврата инвестиций) от запуска спутника, моделируют тарифы для D2D-подключений и регулируют геометрическую этику, чтобы сеть не «засветила» планету помехами», — рассказывает декан 3 факультета.
Как объяснить людям, почему алгоритм принял то или иное решение? Это задачи цифрового менеджмента и коммуникации с ИИ-системами. Такие компетенции также можно получить на 3 факультете: здесь выпускают специалистов по управлению доверием к автономным системам — тех, кто переводит технические логиты в понятные бизнес-решения и публичные отчёты.
Текст: Татьяна Плотникова
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
— В чем специфика работы над цифровыми платформами? Какие ключевые технические компетенции критически важны?
— Цифровая платформа — это не отдельное программное решение, а сложная экосистема, которая должна устойчиво работать в течение длительного времени, обслуживать большое количество пользователей и одновременно интегрироваться с другими информационными системами. Поэтому здесь недостаточно просто уметь программировать. Специалист должен понимать весь жизненный цикл платформы: от постановки бизнес-задачи и проектирования архитектуры до работы с данными, разработки сервисов, тестирования, мониторинга и дальнейшего развития системы.
Среди ключевых технических компетенций — программирование, архитектура информационных систем, работа с базами данных и большими данными, облачные и распределённые технологии, API и интеграция систем, информационная безопасность, DevOps-подходы. Сегодня всё более важными становятся искусственный интеллект и машинное обучение.
Причем эти компетенции не должны существовать изолированно. Например, специалисту по данным нужно понимать, как его модель будет встроена в реальную платформу, какие данные ей необходимы и как результаты модели будут использоваться бизнес-системой. Именно поэтому в образовательных программах мы стараемся не ограничиваться изучением отдельных технологий, а формировать системное представление о цифровой платформе и ее данных.
— Какие специалисты обычно задействованы в разработке цифровой платформы? Кто за что отвечает?
— Сотрудников можно условно разделить на несколько больших групп. Первую составляют специалисты по продукту и бизнесу. Они определяют, какую проблему решает платформа, кто её пользователь, какие функции необходимы и как оценивать результат. Ко второй группе относятся разработчики и архитекторы. Они отвечают за программную реализацию платформы, архитектуру сервисов, API и интеграцию компонентов.
В третью группу входят специалисты по данным и искусственному интеллекту. Они обеспечивают сбор, хранение и обработку данных. Четвёртая группа включает специалистов по инфраструктуре и надёжности: DevOps-инженеры, инженеры по информационной безопасности, специалисты по сетевой инфраструктуре, мониторингу и отказоустойчивости. Их задача — сделать так, чтобы платформа была доступной, масштабируемой и защищённой. И, наконец, есть специалисты по пользовательскому взаимодействию: UX/UI-дизайнеры, специалисты по клиентскому опыту и контенту.
Но самое важное — эти группы должны работать не последовательно, когда один сотрудник передаёт результат другому, а как единая команда. Именно междисциплинарное взаимодействие становится одним из ключевых факторов успеха цифровой платформы.
— Какова специфика работы этих специалистов именно в рамках создания и обеспечения функционирования цифровых платформ? Какими специфическими компетенциями они должны обладать?
— Главное отличие работы над цифровой платформой от разработки обычного прикладного программного продукта заключается в масштабе, длительности жизненного цикла и количестве взаимосвязей. Поэтому я бы выделила как специфические компетенции системное мышление, понимание архитектуры платформ, умение работать с распределёнными системами и большими объёмами данных, знание API и интеграционных механизмов, навыки мониторинга и обеспечения качества, а также способность работать в междисциплинарной команде.
— Каких специалистов сейчас в избытке, а каких не хватает? Почему так сложилось? Как это исправить?
— Сегодня есть дисбаланс между количеством специалистов начального уровня и числом специалистов, способных самостоятельно решать сложные индустриальные задачи. Начинающих разработчиков и аналитиков, прошедших отдельные курсы по Data Science или программированию, становится достаточно много. Значительно сложнее найти тех, кто одновременно хорошо понимает фундаментальные основы, современные технологии и специфику конкретной отрасли.
Особенно востребованы специалисты на стыке компетенций: Data Engineer, ML Engineer, архитектор цифровых решений, специалист по распределённым системам, специалист по AI/ML-инфраструктуре. Нужны сотрудники, способные соединять техническую экспертизу с пониманием бизнес-процессов.
Причина, на мой взгляд, в том, что технологический цикл сегодня очень быстрый. Университетская программа должна обеспечить фундаментальную базу, но конкретные инструменты и платформы меняются стремительнее, чем образовательные стандарты. Исправлять ситуацию можно только через тесное взаимодействие образования и индустрии. В учебных планах направления «Информационные системы и технологии», например, предусмотрена работа с кейсами индустриального партнёра, а выпускные квалификационные работы предполагают полный аналитический цикл: от подготовки данных до презентации результатов бизнес-заказчику.
— Каковы особенности подготовки специалистов для цифровых платформ? Как этот процесс организован в ПГУТИ?
— Ключевая особенность подготовки заключается в необходимости одновременно формировать фундаментальные знания, технологические навыки и способность решать реальные прикладные задачи. В ПГУТИ эта логика реализуется, в частности, через профиль «Интеллектуальные информационные системы и технологии» по направлению «Информационные системы и технологии». Студенты проходят практически тот же путь, который проходят специалисты в реальных проектах: знакомятся с бизнес-задачей, работают с CDR, телеметрией и логами, очищают данные, проводят разведывательный анализ, строят ML-модели, работают с потоковыми данными, проводят A/B-тестирование, визуализируют результаты и в итоге представляют решение заказчику.
Задача преподавателей кафедры состоит в том, чтобы не просто научить студентов отдельному инструменту, а сформировать способность пройти полный жизненный цикл аналитического цифрового решения. Учебные планы предусматривают непосредственное и тесное взаимодействие в рамках образовательного процесса с яркими представителями индустрии: «Симбирсофт», «СИБИНТЕК-СОФТ», «Норбит», «Ростелеком», «МегаФон», «Эр-Телеком», «РТК ИТ», «Т-Технологии», «Сбербанк» и другими. Лабораторные работы, курсовые проекты и выпускные квалификационные работы ориентированы на решение задач и обработку данных реального ИT или телекоммуникационного бизнесов.
— Какие тренды сейчас наблюдаются в сфере разработки цифровых платформ? Как это влияет на обучение?
— Я бы выделила развитие ИИ, потоковой обработки и систем реального времени, распределенных и мультиагентных систем, повышение требований к безопасности, объяснимости и надёжности ИИ-систем. Для учебного процесса это означает, что мы должны постоянно обновлять практические задания, инструменты и кейсы, но при этом не отказываться от фундаментальной подготовки. Необходимо учить не конкретному набору технологий, а способности быстро осваивать новые технологии на фундаменте уже сформированного инженерного мышления. Также считаю, что учитывая специфику цифровых платформ, современное образование должно постепенно переходить от подготовки специалистов для отдельных ролей к подготовке команд, способных совместно создавать сложные системы. И здесь особенно важны проектная работа, реальные индустриальные задачи и междисциплинарность. Именно этот подход и реализуется в настоящее время преподавателями нашей кафедры.
Автор: Александра Ламзина
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Основная проблема современной мобильной связи — это межсимвольная интерференция (МСИ), вызванная многолучевым распространением. «Когда вы держите телефон в городе, сигнал отражается от зданий и приходит с разными задержками, накладываясь и искажая друг друга», — рассказал декан 3 факультета цифровой экономики и массовых коммуникаций ПГУТИ Николай Никульников.
Кловский в 1960 году впервые в мире опубликовал работу по оптимальному когерентному поэлементному приёму в условиях МСИ и предложил систему СИИП (система с испытательным импульсом и предсказанием). Проще говоря, он решил проблему, как точно разобрать мешанину сигналов на отдельные биты информации.
Вся современная цифровая связь — от GSM до 5G — строится на базе OFDM (ортогональное частотное мультиплексирование).
«У OFDM есть врождённый недостаток: для защиты от МСИ приходится вставлять «защитные интервалы», которые просто выбрасывают часть пропускной способности. Учёные ПГУТИ (наследники школы Кловского) только сейчас придумали, как исключить эти защитные интервалы, что резко повысит скорость 5G, причём только изменением ПО, без замены железа. Если бы фундаментальные работы Кловского не появились в 60-х годах XX века, мы бы только сейчас подходили к пониманию того, как бороться с этими потерями, а сети 4G/5G были бы медленнее и дороже в развёртывании», — уверен Николай Никульников.
Учебник Кловского «Теория передачи сигналов» (1973) был переведён на английский язык в США в 1974 году и хранится в библиотеке Массачусетского технологического института (MIT). Эта книга стала основным пособием для целых поколений связистов как в СССР, так и за рубежом. Если бы этого не произошло, целое поколение инженеров в разных странах говорило бы на разных технических языках, что сильно замедлило бы глобальную интеграцию сетей.
Работы Даниила Давидовича по стохастическим пространственно-временным моделям каналов — это не просто теория.
Основная проблема современной мобильной связи — это межсимвольная интерференция (МСИ), вызванная многолучевым распространением. «Когда вы держите телефон в городе, сигнал отражается от зданий и приходит с разными задержками, накладываясь и искажая друг друга», — рассказал декан 3 факультета цифровой экономики и массовых коммуникаций ПГУТИ Николай Никульников.
Кловский в 1960 году впервые в мире опубликовал работу по оптимальному когерентному поэлементному приёму в условиях МСИ и предложил систему СИИП (система с испытательным импульсом и предсказанием). Проще говоря, он решил проблему, как точно разобрать мешанину сигналов на отдельные биты информации.
Вся современная цифровая связь — от GSM до 5G — строится на базе OFDM (ортогональное частотное мультиплексирование).
«У OFDM есть врождённый недостаток: для защиты от МСИ приходится вставлять «защитные интервалы», которые просто выбрасывают часть пропускной способности. Учёные ПГУТИ (наследники школы Кловского) только сейчас придумали, как исключить эти защитные интервалы, что резко повысит скорость 5G, причём только изменением ПО, без замены железа. Если бы фундаментальные работы Кловского не появились в 60-х годах XX века, мы бы только сейчас подходили к пониманию того, как бороться с этими потерями, а сети 4G/5G были бы медленнее и дороже в развёртывании», — уверен Николай Никульников.
Учебник Кловского «Теория передачи сигналов» (1973) был переведён на английский язык в США в 1974 году и хранится в библиотеке Массачусетского технологического института (MIT). Эта книга стала основным пособием для целых поколений связистов как в СССР, так и за рубежом. Если бы этого не произошло, целое поколение инженеров в разных странах говорило бы на разных технических языках, что сильно замедлило бы глобальную интеграцию сетей.
Работы Даниила Давидовича по стохастическим пространственно-временным моделям каналов — это не просто теория.
«Сегодняшние исследования ПГУТИ по спутниковым системам (NTN) и сетям 6G напрямую опираются на этот математический аппарат. Если бы в 1960-х годах не были заложены основы обработки сигналов в условиях сложной помеховой обстановки, а спутниковая связь — это именно сплошные помехи и задержки, то развёртывание глобальных спутниковых группировок вроде «Старлинк» или прямое подключение телефонов к спутникам (D2D) столкнулось бы с непреодолимыми барьерами помехоустойчивости, и тренд на «связь везде» затормозился бы на десятилетия.
Кловский создал математику, которая позволяет цифровым сигналам выживать в реальном, зашумлённом мире. Без этой математики современные тренды на скорость, мобильность и глобальное покрытие были бы просто невозможны технически», — резюмировал Николай Никульников.
Автор: Татьяна Плотникова
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
— Ирина Сергеевна, как зародилась профессия специалиста по информационной безопасности? — Это достаточно древняя профессия. Началось все с криптографии около четырех тысяч лет назад. (Криптография —это наука и технология защиты информации путём её преобразования в зашифрованный вид, который невозможно прочитать или понять без специального ключа — Прим. ред.). Можно сказать, что в этот момент и появилась информационная безопасность. В современном понимании специалист по информационной безопасности это, конечно, человек, связанный с информационными технологиями. Контуры профессии и стандарты начали складываться параллельно с созданием первых компьютеров в 70-е — 80-е годы XX века в Америке. И окончательно оформились во время бурного роста информационных технологий. Сегодня везде, где используется компьютер или смартфон, актуальна и информационная безопасность.
— А какие виды профессий существуют внутри понятия «специалист по информационной безопасности»? — Их очень много, это своего рода целая карта профессий. Назову для примера лишь некоторые — специалист по безопасной разработке, ML-инженер в ИБ, специалист по реагированию на инциденты, специалист по соблюдению нормативных требований.
— В каких сферах экономики и промышленности сегодня работают безопасники? — Как я люблю говорить своим студентам, эти профессии актуальны для всех отраслей: от сельского хозяйства до банков. Потому что информация есть везде. Компьютеры есть везде, системы, сети есть везде, и в них есть информация. Что может быть с информацией и системами, если их не защищать? Например, могут быть утечки, которые нанесут вред компании или какой-либо государственной структуре. Последние десять лет у нас очень активно занялись обеспечением безопасности персональных данных. За утечку такой информации на организации уже накладывают штрафы. Поэтому информационная безопасность нужна везде. Вопрос только в том, на каком уровне ее реализовывать. В какой степени у организации есть возможность, желание и понимание того, что нужно защищать.
— А абитуриенты, первокурсники понимают актуальность этого направления? — Здесь мы наблюдаем разную картину. Потому что есть ребята, которые поступают по совету родителей, есть те, которые приходят в вуз вслед за друзьями или одноклассниками. А есть и такие, кто действительно поступает осознанно. Нам бы хотелось, чтобы абитуриентов из этой последней категории было больше с каждым годом. Поэтому мы поставили себе цель знакомить школьников с профилем информационная безопасность. Для этого мы проводим олимпиады, соревнования, чтобы ребята погрузились в тему, поняли, для чего эта специальность нужна, и заинтересовались. Пока мы видим, что информационная безопасность у абитуриентов немного недооценена. Потому что они заходят на сайты по поиску работы, видят уровень зарплат, например, у разработчиков и безопасников, а он у разработчика может быть выше раза в полтора. И выбирают то направление, где впоследствии, как они ожидают, им будут больше платить. Как, помните, в свое время, в России было огромное количество юристов и экономистов? Вместе с тем абитуриенты не понимают, что рынок труда в последние несколько лет стал очень перенасыщенным, и конкуренция между соискателями-разработчиками на нем достаточно высока. А за информационную безопасность нужно будет отвечать всегда: и 100 лет назад это нужно было делать, и через 100 лет придется. Поэтому мы стараемся заинтересовывать школьников старших классов и абитуриентов. У нас, к слову, часто так бывает, когда студенты, уже поступив, переводятся с другого направления именно на информационную безопасность: они уже осознанно переориентировались.
— Как строится взаимодействие с индустриальными партнерами? — Сегодня ИT-компании сотрудничают практически со всеми вузами, и ПГУТИ не исключение. В основе лежит механизм ИТ-аккредитации. Если говорить упрощённо, компания получает налоговые льготы, если помогает вузу выполнять определённые процедуры. Каждая такая процедура оценивается в конкретную сумму, и, набрав необходимый объём, организация отправляет отчёт. Приходя к нам, индустриальные партнёры оказывают реальную, а не только формальную поддержку. Вуз — это достаточно инертная структура, которая не всегда способна быстро оценить, какие технологии или продукты востребованы на рынке прямо сейчас. Специалисты компаний помогают нам пересматривать учебные планы, чтобы знания студентов соответствовали актуальным запросам индустрии. Один из пунктов аккредитации — проведение занятий. Представители компаний приходят в аудитории, делятся практическим опытом и помогают в подготовке будущих специалистов. Кроме того, компании передают вузу лицензии на свои продукты — на льготных условиях или совершенно бесплатные. Это огромная помощь, так как самостоятельно закупать специализированный софт университет зачастую не в состоянии: это слишком дорого. Мы всегда благодарны партнёрам, которые предоставляют лицензии для образовательных нужд безвозмездно. Также представители бизнеса помогают в организации и проведении профильных олимпиад и соревнований, выступая экспертами или спонсорами.
— ПГУТИ — это один из вузов Самарской области, который ведет подготовку специалистов по информационной безопасности. Если ли какие-либо фишки, которые бы выделяли ПГУТИ из ряда других техвузов региона? — Главная особенность — это масштабная и системная работа со школьниками и студентами через всероссийские мероприятия и соревнования, в том числе по информационной безопасности: география участников — от Москвы до Красноярска. В Самарской области такое количество мероприятий и соревнований не проводит ни один вуз. Вот свежий пример: буквально на днях выяснила, что один из студентов-первокурсников, будучи школьником, участвовал в нашей олимпиаде. И теперь учится в ПГУТИ. Это, конечно, очень приятно, потому что в такие моменты мы, преподаватели, видим результат своей работы и понимаем, что все делаем правильно. Ребята участвуют в наших мероприятиях, видят, как они организованы, знакомятся с вузом, посещая его, им здесь нравится, и впоследствии они выбирают его для дальнейшего обучения. И надеюсь, они довольны условиями, в которых оказались.
— Как стать успешным и востребованным «безопасником»? Какие советы вы бы могли дать будущим абитуриентам и студентам? — Возвращаясь к теме соревнований: мы организуем их именно для того, чтобы дать ребятам возможность развиваться. По всей стране проводится огромное количество мероприятий, и, если студент заинтересован в чём-то большем, чем просто посещение пар, ему стоит в них участвовать. Университетские годы все проводят по-разному: кто-то просто просиживает в аудиториях четыре или пять с половиной лет, а кто-то принимает участие в олимпиадах, соревнованиях и хакатонах. Практика показывает, что такая активность очень сильно развивает. Когда выпускник приходит на работу, строчка в резюме «Участник профильных соревнований» — это серьёзный знак для работодателя. В нашей сфере, например, есть CTF(CTF — Capture the flag — «захват флага» — командный турнир по кибербезопасности. Главная цель участников — найти и «захватить» так называемый флаг. Это специальная секретная строка, которая искусственно зашита в защищенные системы, программы или скрыта внутри самих заданий. Чтобы добыть этот флаг, команде нужно взломать систему, найти уязвимость, расшифровать данные — Прим. ред.). Это одни из самых известных соревнований по информационной безопасности. Для нанимателя это маркер того, что со студентом можно разговаривать. Такой соискатель понимает предмет гораздо глубже, чем те, кто ограничивается только университетской программой. Поэтому главные качества, которые сделают из выпускника хорошего специалиста, — это любопытство, желание постоянно самообучаться и вера в то, что ты делаешь.
— Какие перспективы развития профессии специалиста по информационной безопасности в ближайшие десятилетия вы видите? — Сегодня тема искусственного интеллекта звучит повсеместно, она затронула и сферу информационной безопасности. Проблема в том, что технологии развиваются значительно быстрее, чем мы успеваем выстраивать защиту для процессов, которые в них происходят. Специалисты по безопасности по всему миру обеспокоены скоростью внедрения ИИ во всех его ипостасях, потому что на каждом этапе жизненного цикла нейросетей — от обучения моделей до их внедрения в бизнес — возникают новые векторы атак, которые нужно закрывать. На ближайшие пять лет, по моему мнению, это станет основным направлением развития отрасли. Что будет дальше, сейчас предсказать крайне сложно. Ещё буквально год назад, когда я читала студентам лекции, я лишь вскользь упоминала искусственный интеллект, и тогда не было такого массового наплыва технологий. Это было всего год (!) назад. Где мы будем через пять лет, даже сложно представить. Но одно можно сказать точно: информация никуда не исчезнет. Будут люди, которые её создают, и те, кто её передаёт. А значит, специалисты по информационной безопасности всегда должны быть где-то рядом, чтобы защищать эти потоки данных.
Автор: Татьяна Плотникова
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Начало было положено в конце XVIII века, благодаря изобретению телеграфа. Текстовые сообщения начали передавать на расстоение с помощью закодированных сигналов. Сначала появились оптические системы, затем — электрические аппараты. Прорывом стало изобретение Сэмюэля Морзе в 1838 году: знаменитых азбуки и ключа.
«Этот код является первым неравномерным, или экономным кодом, так как его комбинации из точек и тире имеют разную длину, что позволяет увеличить скорость передачи сообщений за счет уменьшения их избыточности. Таким образом, код Морзе является прообразом современных программ-архиваторов», — объяснил профессор кафедры теоретических основ радиотехники и связи ПГУТИ Игорь Григоров.
К концу XIX века телеграфные сети охватили весь мир: они ускорили обмен новостями, изменили бизнес и военное управление. Технологию постоянно модернизировали и продолжали массово использовать в XX веке. В музее ПГУТИ есть образцы советских телеграфов, выпускаемых в 1960-1980 годах.
Интересно, что в России телеграф продолжают использовать и сегодня — для официальных, правительственных и экстренных сообщений, а также для случаев, когда нужна не просто скорость, а юридическая заверенность факта.
Телефон
В 1876 году американец Александр Грэм Белл запатентовал телефон, с помощью которого стала возможной передача речевых сигналов по проводным линиям связи. Причем на тот момент позиционировался он как «усовершенствованная модель телеграфа».
«Забавный факт. Белл работал в компании, занимающейся разработкой телеграфных аппаратов. Но когда хозяин фирмы застал его за работами над телефоном, пригрозил уволить за ненужную трату времени. И всё же прогресс остановить невозможно, и телефония стала развиваться стремительно, начиная именно с изобретения Белла», — рассказал Игорь Григоров.
Первые телефоны соединяли напрямую между двумя точками. Для сетей потребовались станции и операторы. Они вручную соединяли абонентов с помощью штекеров. Операторами работали женщины, которых стали называть «телефонными барышнями». Девушки работали по 200 часов в месяц, сидя на жестком стуле с закрепеленной на груди железной гарнитурой микрофона и тяжелыми наушниками. За час каждая могла осуществить до 170 вызовов. В коллекции музея ПГУТИ есть коммутатор, с помощью которого соединяли абонентов.
Ключевым прорывом стало появление автоматических телефонных станций, которые исключили необходимость в операторе. Одну из первых концепций предложил в 1895 году российский изобретатель Михаил Фрейденберг. Примерно в то же время начали делать аппараты с дисковым номеронабирателем, позволяющий абоненту соединяться с другими самостоятельно. Кнопочные версии стали массово выпускать уже во второй половине XX века.
Появление и массовое распространение мобильных телефонов постепенно снижало значение стационарных. Существует версия, что первые в мире беспроводные аппараты появились в СССР. В 1961 году ТАСС сообщил, что радиоинженер Леонид Куприянович разработал образец телефона, который по радиосвязи мог передавать голос на базовую станцию, находившуюся не дальше 25 км. Устройство весило 500 грамм и могло работать в режиме ожидания 20–30 часов. Выглядело оно как ящичек с номерным диском, парой тумблеров и подключаемой трубкой.
Но первым коммерческим сотовым телефоном считается Motorola DynaTAC 8000X. Первый звонок по нему состоялся в 1973 году, а в продажу модель поступила в 1983-м. Аппарат был тяжелым (около 1 кг), имел ограниченное время работы от батареи. Позже появились более компактные формы. С развитием стандартов телефоны стали доступнее и функциональнее. Появились камеры, поддержка мультимедиа, выход в интернет. Важным шагом стало объединение телефона с компьютером, открывшее эру развития смартфонов, в которой мы существуем в настоящее время.
Радио
Огромное влияние на общество оказало развитие радиосвязи. Она стала первым по-настоящему массовым и мгновенным средством коммуникации.
Технология появилась благодаря трудам целого ряда ученых из разных стран мира. Первый
приемник в 1895 году представил российский физик Александр Попов. Впоследствии стали появлять всё новые и новые виды связи: радиорелейная, сотовая, тропосферная, спутниковая.
Радио стало основой для вещания, морской, военной и космической связи. И сегодня его влияние остается огромным. Ведь радиосвязь является составной частью цифровой среды.
В музее представлены различные радиостанции и радиоприемники, в том числе военные. Есть и раритетные радиоллы, представляющие собой и радиоприемник, и проигрыватель в одном устройстве.
Телевидение
Развитие телевидения пришлось на XX век. Первые практические системы были механическими. В 1911 году российский профессор Борис розинг продемонстрировал первую в мире телевизионную передачу: на экране электронно-лучевой трубки появилась решетка из четырех светлых полос на темном фоне. При этом для передачи использовалась механическая развертка (диск Нипкова), а для воспроизведения — электронная трубка. Опыты проводили и в других странах: США, Великобритании, Японии.
Ключевым прорывом стало создание полностью электронных систем, свободных от механических ограничений. Значительную роль сыграл российский инженер Владимир Зворыкин, работавший в США. В 1931 году он создал иконоскоп — передающую электронную трубку. Внутри была светочувствительная мишень (с мозаикой из микроскопических капель серебра), электронная пушка и катод. Изображение проецировалось на мишень, свет выбивал электроны, и это позволяло создать электрический аналог картинки для передачи. Примерно в то же время Зворыкин разработал и кинескоп — приемную трубку, которая рисовала изображение на экране.
Благодаря этому, развитию соответствующей инфраструктуры (телецентры, передатчики, сеть распределительных линий) и запуску производства телевизоров по всему миру начали запускать регулярное ТВ-вещание. На раннем этапе программы шли всего по несколько часов в неделю. Изображение было черно-белым.
После Второй мировой войны фокус сместился на расширение зоны покрытия и переход к ежедневному эфиру. Появились внестудийные трансляции с мест событий, цветное телевидение, спутниковое ТВ. Телевизоры тоже модернизировались и благодаря крупносерийному производству стали доступными для миллионов семей.
В середине 1980-х годов стало ясно, что у аналогового ТВ есть серьезные ограничения. Качество картинки упиралось в физические пределы, в одном частотном диапазоне «помещался» только один канал, а сигнал сильно страдал от помех. Началась работа над развитием цифрового ТВ, но запустили его в работу уже в XXI веке — причем постепенно, чтобы не вызвать хаос.
Сегодня телевидение — это уже не просто «коробка с экраном». Оно сильно трансформировалось: стало интерактивным, технологичным и тесно переплелось с интернетом и другими сервисами.
Цифровая эра и интернет
С развитием компьютеров и интернета связь стала глобальной и мультимедийной. В музее можно увидеть гигантский жесткий диск, раритетные вычислительные машины и ПК.
Появление смартфонов сделало связь персональной и повсеместной. При этом в одном устройстве заключены функционалы личного ПК, телефона, почты, телевизора, магнитофона, фотоаппарата, видеокамеры и так далее. И это наверняка не предел. Сегодня развиваются квантовая связь и другие перспективные направления.
В ПГУТИ отмечают, что музей не просто оберегает память о прошлом, но и помогает понять будущее, а также вдохновляет студентов на исследования и будущие открытия в сфере ИТ и связи. Для ребят здесь проводят экскурсии и тематические лекции.
Автор: Александра Ламзина
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
— Снежана, как бы вы объяснили человеку, не имеющему технических знаний, что такое квантовые технологии?
— Квантовые технологии — это одно из наиболее интересных и перспективных направлений современной науки, которое основано на использовании необычных свойств мельчайших частиц, например фотонов — частиц света.
Если объяснять простыми словами, то квантовые технологии позволяют использовать законы квантовой физики для решения задач, которые сложно или невозможно решить с помощью привычных нам технологий.
Сегодня существует несколько основных направлений развития квантовых технологий: квантовые вычисления, квантовые коммуникации и квантовые сенсоры. Каждое из них имеет свои особенности и области применения.
Например, квантовые компьютеры в будущем смогут значительно ускорить решение определённых сложных вычислительных задач, а квантовые сенсоры позволят проводить измерения с очень высокой точностью.
Мне особенно интересно направление квантовых коммуникаций, поскольку именно с ним связана моя будущая специальность. Основная задача квантовых коммуникаций заключается в обеспечении защищённого обмена информацией с использованием законов квантовой физики.
Одним из примеров является квантовое распределение ключей. Его особенность заключается в том, что попытка постороннего человека получить информацию о передаваемых квантовых состояниях может быть обнаружена участниками связи.
На мой взгляд, самое удивительное в квантовых технологиях заключается в том, что физические явления, которые раньше казались исключительно теоретическими, сегодня находят применение в реальном оборудовании и современных системах связи.
— Сегодня считается, что квантовая эра ещё не наступила, но США, Китай, а теперь и Россия вкладывают большие деньги в развитие квантовых коммуникаций. Почему это происходит? В каких сферах уже сегодня применяются квантовые коммуникации?
— Я считаю, что повышенный интерес к квантовым технологиям во всём мире связан прежде всего с их значительным научным и практическим потенциалом.
Сегодня мы живём в условиях активной цифровизации, когда практически все сферы нашей жизни связаны с передачей и обработкой информации. Мы ежедневно пользуемся интернетом, банковскими приложениями, государственными электронными сервисами и другими цифровыми технологиями. Поэтому вопросы защиты информации становятся всё более актуальными.
Одновременно с этим развиваются квантовые вычисления. Предполагается, что в будущем достаточно мощные квантовые компьютеры смогут создавать угрозу некоторым современным методам криптографической защиты. Именно поэтому уже сейчас учёные и инженеры разрабатывают новые способы обеспечения информационной безопасности.
Одним из таких направлений являются квантовые коммуникации, в частности системы квантового распределения ключей.
Сегодня подобные технологии уже применяются в отдельных специализированных и экспериментальных сетях связи, в том числе в проектах, связанных с финансовыми организациями, государственными структурами и защитой критически важной информационной инфраструктуры.
В России также ведётся активная работа по развитию квантовых коммуникаций. Одним из примеров является создание магистральной квантовой сети с использованием телекоммуникационной инфраструктуры ОАО «РЖД».
В будущем квантовые технологии могут получить широкое применение в банковской сфере, промышленности, энергетике, медицине, транспорте и государственном управлении.
Особенно перспективной мне кажется возможность совместного использования классических и квантовых систем связи. Это позволит постепенно внедрять новые технологии в уже существующие волоконно-оптические сети.
— Какие научные работы вы готовите сейчас по квантовым коммуникациям? В чём актуальность этих работ для практического применения?
— Сейчас я учусь на третьем курсе бакалавриата по профилю «Квантовые технологии в инфокоммуникациях» и занимаюсь научно-исследовательской деятельностью, связанной с моделированием для систем квантового распределения ключей.
Основным направлением моей работы является разработка программного эмулятора протокола BB84 — одного из наиболее известных протоколов квантовой криптографии.
Если объяснять простыми словами, то данный протокол позволяет двум участникам связи сформировать общий секретный ключ, который впоследствии может использоваться для шифрования информации.
Особенность протокола заключается в использовании квантовых состояний фотонов. Благодаря законам квантовой физики попытка постороннего вмешательства в процесс передачи может приводить к появлению ошибок, которые позволяют выявить потенциальную угрозу безопасности.
В рамках своего исследования я изучаю математические принципы функционирования протокола BB84 и занимаюсь разработкой его программной реализации. В частности, моделирую процессы формирования и передачи битовых последовательностей, выбора базисов кодирования и измерения, согласования полученных данных и формирования общего ключа.
Отдельное внимание уделяется исследованию ошибок, возникающих в процессе квантового распределения ключей, и анализу того, как различные параметры системы влияют на эффективность её работы.
Основная идея разрабатываемого эмулятора заключается в том, чтобы воспроизвести принципы функционирования квантового протокола в программной среде. Это позволит изучать его работу и проводить различные эксперименты без необходимости использования дорогостоящего специализированного оборудования.
Кроме того, подобные программные решения могут использоваться при проведении научных исследований и предварительном тестировании алгоритмов квантового распределения ключей.
Лично для меня работа над этим проектом представляет большой интерес, поскольку она объединяет сразу несколько направлений: программирование, математическое моделирование, физику и информационную безопасность.
— Какие возможности для практики есть у студентов, обучающихся квантовым технологии?
— Это взаимодействие с индустриальными партнерами, например, компанией «СМАРТС-Кванттелеком», которая занимается разработкой оборудования и технологических решений для систем квантового распределения ключей.
Также на базе ПГУТИ функционирует научно-образовательная лаборатория «Квантовые коммуникации», оснащённая современным специализированным оборудованием.
Для нас, студентов, наличие такой лаборатории представляет особую ценность, поскольку позволяет познакомиться с реальными системами квантовой связи и лучше понять принципы их функционирования.
Таким образом, в университете создаются условия, при которых мы можем не просто изучать материал на лекциях, но и видеть, как полученные знания используются на практике.
— Нравится ли вам учиться по выбранной специальности? Что бы вы посоветовали будущим абитуриентам?
— Да, очень. Когда я только поступала в университет, многие темы были для меня совершенно новыми. Но по мере обучения я начала всё больше интересоваться особенностями оптической связи, квантовой физики и современными технологиями защиты информации.
Особенно мне нравится, что наша специальность объединяет сразу несколько научных и технических направлений. Мы изучаем физику, программирование, телекоммуникационные системы, методы передачи информации и основы квантовых коммуникаций. Благодаря этому обучение получается достаточно разнообразным, а полученные знания можно применять при решении самых разных задач.
Большим преимуществом я считаю возможность заниматься научно-исследовательской деятельностью уже во время обучения в бакалавриате.
Также очень приятно, что в университете есть преподаватели, которые помогают студентам развиваться, поддерживают интерес к научной деятельности и дают возможность участвовать в исследовательских проектах.
С каждым годом обучения я всё больше убеждаюсь, что сделала правильный выбор. Квантовые коммуникации — это направление, которое активно развивается, и мне очень интересно быть частью этой области уже на этапе получения высшего образования.
Я бы однозначно рекомендовала будущим абитуриентам рассмотреть поступление в ПГУТИ на профиль «Квантовые технологии в инфокоммуникациях». Это отличная возможность получить знания в перспективной области, познакомиться с современными технологиями и попробовать себя в научной деятельности.
Конечно, обучение требует заинтересованности, усердия и готовности изучать новые, иногда достаточно сложные дисциплины. Но именно это делает процесс обучения особенно увлекательным.
Я считаю, что самое главное — выбирать специальность, которая действительно вызывает интерес. Лично для меня квантовые коммуникации стали именно таким направлением, в котором хочется постоянно узнавать что-то новое, развиваться и в дальнейшем реализовать себя профессионально.
И я очень рада, что у меня есть возможность изучать эти технологии именно в ПГУТИ.
— Участвуете ли вы во внеучебной деятельности вуза?
— Да, я состою в студенческом молодежном центре. Я занимаюсь в театральной студии «Театр Своя Компания» и являюсь там актером, дизайнером и генератором идей по оформлению сценических номеров и спектакле. Также я занимаю должность заместителя председателя в Студенческом научном обществе ПГУТИ и активно принимают участие в волонтерской деятельности вуза.
— Вы являетесь старостой группы. Какое значение для вас это имеет?
— Хочу добавить, что я еще курирую первокурсников группы ИКТк-61. Свою кандидату на должность старосты я предложила сама, потому что считаю себя ответственным человеком. Мои обязанности традиционны: я контролирую посещаемость группы, передаю информацию от преподавателей, деканата нашей группе. Быть старостой для меня это значит развивать софт-скиллы — лидерские качества, культуру общения со студентами и преподавателями, знакомиться с интересными людьми.
— Каковы ваши дальнейшие планы по учебе и карьере? Кем в плане профессии вы видите себя в будущем?
— Я планирую продолжить обучение в магистратуре и аспирантуре, так как я хочу стать хорошим специалистом в этой сфере.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Хранители коллекции отмечают, что музей не просто оберегает память о прошлом, но и помогает понять будущее, а также вдохновляет студентов на исследования и будущие открытия в сфере ИТ и связи. Для ребят здесь проводят экскурсии и тематические лекции. Некоторые приборы даже можно попробовать в деле. Погрузитесь и вы в историю развития технологий с помощью нашего фоторепортажа.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
— Марина Александровна, расскажите об основных этапах создания интернета.Как думаете, в его массовом распространении была политическая подоплека или коммерческие интересы?
— Не стала бы противопоставлять эти факторы. Коммерческий интерес и стремление государств к технологическому лидерству сработали в связке. Одно без другого вряд ли дало бы такой эффект.
На старте преобладали военно-политические мотивы. Интернет начался с проекта США — ARPANET — в конце 1960-х. Целью было создание децентрализованной сети для передачи данных, которая могла бы работать даже при повреждении узлов. С 1980-х подключились наука и бизнес.
В 1989–1991 годах Тим Бернерс-Ли создал Всемирную паутину (HTML, HTTP, браузеры), что сделало сеть доступной всем. Коммерциализация стала мощным драйвером: частные компании вложились в инфраструктуру, доступ, рекламу, услуги. Появились домашние компьютеры, мобильный интернет, облачные технологии, интернет вещей. Сейчас мы уже говорим о сетях 6-го поколения и повсеместном искусственном интеллекте.
Политическая составляющая никуда не исчезла — она трансформировалась. Сегодня интернет — это и геополитика, и «мягкая сила», и объект регулирования.
—Что хорошегоинтернет привнес в нашу жизнь, а что плохого?Какие риски он в себе несет?
Хорошего много: доступ к знаниям, мгновенная связь, удаленная работа, онлайн-торговля, новые рынки и голос для людей. Но есть и минусы: информационная перегрузка, фейки, цифровое неравенство, потеря приватности, кибербуллинг, мошенничество, зависимость и влияние на психику. Рисков много, и они постоянно эволюционируют. Самые массовые — фишинг и социальная инженерия, вредоносное ПО, утечки данных, уязвимость интернета вещей.
Поэтому цифровая гигиена — не просто рекомендация, а необходимость. Молодежь порой теряет навыки живого общения, а критическое мышление подменяется быстрым потреблением контента. Поэтому важно говорить не только о технологиях, но и о цифровой этике и медиаграмотности. Профессиональную подготовку в ПГУТИ по этому направлению обеспечивает кафедра связей с общественностью. Также в вузе реализуются совместные образовательные, просветительские и профилактические проекты. Лично я сейчас занимаюсь научными исследованиями в области экономической социологии и разрабатываю методологию интегральной оценки рискогенных сред в условиях цифровой трансформации.
— Что из себя сейчас представляет интернет?Назовите плюсы и минусы системы.
— Сегодня интернет — глобальная распределенная система, которая объединяет миллиарды устройств: от смартфонов до промышленных датчиков. Это инфраструктура, рынок, СМИ и социальное пространство.
Плюсы очевидны: масштабируемость, открытость стандартов, относительная устойчивость, огромный выбор сервисов. Минусы: власть технологических гигантов (они контролируют трафик, данные, алгоритмы), уязвимость к кибератакам (чем сложнее система, тем больше точек отказа), фрагментация на «суверенные сегменты» и обилие недостоверной информации.
Интернет все больше становится «умной» средой, где физический и цифровой миры сливаются. Это открывает большие возможности, но и требует принципиально новых подходов к безопасности и управлению контентом.
— Насколько анонимность в интернете реальна сегодня?
— Во многом это иллюзия. Даже если вы ничего не выкладываете, ваш цифровой профиль уже существует. В условиях цифровой среды непрерывно накапливается информация о пользователях, поскольку мы оставляем следы: cookies и трекеры (сайты и рекламные сети), метаданные (IP, устройство, ОС, экран, часовой пояс, уникальный «отпечаток»), провайдеры (посещенные сайты, время, трафик), приложения (геолокация, контакты, микрофон, камера), государственные системы мониторинга (СОРМ и аналоги), алгоритмы машинного обучения (деанонимизация по стилю, времени активности, кругу общения).
Сегодня анонимность — это скорее вопрос того, сколько усилий вы готовы приложить, чтобы остаться незамеченным: применять специальные инструменты, соблюдать строгие правила.
интернет вещей (IoT) и промышленный интернет (IIoT) — умные дома, носимые гаджеты, датчики в производстве, транспорте, медицине;
периферийные вычисления — обработка данных ближе к источнику, меньше задержки и выше безопасность;
сети 5G и 6G — высокая скорость и низкая задержка для автономных систем и телемедицины;
метавселенные и иммерсивные технологии — VR и AR выходят за пределы игр в образование, бизнес, коммуникации;
рост значимости кибербезопасности — новые стандарты, инструменты, профессии;
регуляторное давление — государства активнее управляют интернетом, что ведет к фрагментации.
— Какие новые риски ожидают пользователей в ближайшие десятилетия?
— Риски связаны с развитием ИИ. Среди них — создание дипфейков и синтетических медиа для мошенничества и дезинформации. Уязвимость автономных систем (беспилотников, дронов, роботов) может привести к физическому ущербу, а нейроинтерфейсов и биометрии — к необратимым последствиям. Также я бы отметила экзистенциальные риски сильного ИИ: потеря контроля, алгоритмическая дискриминация, манипуляция сознанием.
Реальны перспективы появления «цифровых каст» — групп людей с разным уровнем доступа к технологиям и разным уровнем защиты. Это тревожит. Уже сейчас мы наблюдаем неравномерность, что обусловлено рядом факторов: экономическим (дорогие устройства, интернет, сервисы безопасности), образовательным (без цифровой грамотности трудно защищаться), географическим (разная инфраструктура), политическим (разное регулирование интернета) и корпоративным (гиганты контролируют данные и алгоритмы).
В результате может сформироваться элита, которая обладает и технологиями, и знаниями, и защитой, и масса людей, которые остаются уязвимыми. Это приведет к углублению социального неравенства, к новым формам дискриминации. Чтобы избежать развития тенденции, нужны цифровое просвещение, доступная инфраструктура, открытые стандарты, этичное регулирование и образование, начиная со школы.
— Как пользователи могут подготовиться к противостоянию этим рискам?
— Технологии — это инструмент, и то, как мы им воспользуемся, зависит от нас. Интернет может быть источником знаний, площадкой для творчества и средством для объединения людей, а может стать пространством манипуляций, стресса и потери приватности. Поэтому так важны критическое мышление, медиаграмотность и этическая ответственность. И еще — не забывайте о живом общении, о реальных делах и заботе друг о друге. Цифровой мир не должен заменять настоящую жизнь, он призван ее дополнять и улучшать.
Правила интернет-гигиены:
создавайте сложные уникальные пароли;
проходите двухфакторную аутентификацию;
обновляйте программы;
не открывайте подозрительные ссылки и вложения;
проверяйте настройки приватности;
делайте резервные копии;
устанавливайте антивирус и файрвол; не публикуйте лишнее;
«Наш соотечественник Александр Попов изобрел радиосвязь в конце XIX века. Но этому предшествовал ряд великих открытий и изобретений в различных науках. Особую роль сыграли два выдающихся человека: шотландский физик и математик Джеймс Клерк Максвелл и немецкий физик Генрих Рудольф Герц», — отмечает спикер.
Максвелл заложил основы классической электродинамики и статистической физики, но его научная деятельность была многогранной. За свои 48 лет он совершил ряд открытий и изобретений: пришел к выводу об электромагнитной природе света, теоретически вычислил величину давления света, написал работы по кинетической теории газов, проводил исследования в области астрономии, цвета и цветной фотографии и многих других областях.
«Возможно, главной заслугой Максвелла стала его теория о существовании радиоволн, без которых немыслима радиосвязь. Эксперементально доказал ее Герц. В 1888 году он создал вибратор, который представлял собой первую антенну, излучающую электромагнитные волны в открытое пространство. К своему изобретению ученый относился прохладно и сомневался, что его будут использовать в практике. Но, несмотря на это, к теории Максвелла выражал почтение. Очень интересно его высказывание об уравнениях коллеги: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по временам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью, обладают собственным разумом. Кажется, эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в свое время было в них заложено», — рассказал Игорь Григоров.
Александр Попов же создал первую в мире систему беспроводной связи при помощи электромагнитных волн. Свой радиоприемник он продемонстрировал 7 мая 1895 года на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества. В состав устройства входили когерер (детектор на основе металлического порошка), антенна и заземление. Позже ученый усовершенствовал приемник, добавив в него телефонную трубку.
С этого события началась эра развития радиосвязи во всем мире. Постепенно запускались новые виды:
1899 год — бельгийский студент Эмиль Гуарини-Форесио подал заявку на патент, описав устройство радиорелейного ретранслятора. Система принимала сигнал, демодулировала его и с помощью реле формировала обновлнный сигнал для переизлучения.
1921 год — появилась первая подвижная телефонная радиосистема связи (термин «сотовая» появился значительно позже). Полиция Детройта (США) пользовалась односторонней диспетчерской связью в диапазоне, чтобы передавать информацию от центрального передатчика к приемникам, расположенным в автомобилях полицейских. Но архитектура системы, которая сегодня известна как сотовая связь, была изложена в техническом докладе компании Bell System, представленном в Федеральную комиссию связи США только в декабре 1971 года.
1930-1940-е годы — советские ученые заложили теоретическую базу для развития тропосферной связи. Они поняли, что при определенных условиях (мощные передатчики, чувствительные приемники) часть сигнала может отражаться от неоднородностей тропосферы и возвращаться на Землю, позволяя устанавливать связь за горизонтом. Однако первые станции и линии появились только в 1950-х года — не только в СССР, но и в Америке.
1945 год — английский ученый Артур Кларк предложил идею создания системы спутниковой связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи. Первые исследования начали появляться во второй половине 1950-х годов, а 4 октября 1957 года СССР запустил первый искусственный спутник Земли с радиоаппаратурой на борту.
«Все вышеперечисленные виды связи используются в УКВ-диапазоне (ультракороткие волны), так как такие радиоволны могут распространяться только в пределах прямой видимости. Если нужно послать сигнал «за горизонт» или дальше, необходимы ретрансляторы: антенны, передатчики, приёмники, различные преобразователи и т. д.», — объясняет профессор.
В радиорелейных линиях ретрансляционные пункты располагаются на земле — в 40-50 км друг от друга. В тропосферных линиях это расстояние значительно больше, так как слои тропосферы, выполняющие роль зеркала, располагаются высоко. Дальность связи может быть увеличена до 200-500 км в зависимости от диапазона частот. В спутниковых линиях этот показатель еще выше — особенно, если спутник геостационарный: висит над одной точкой земной поверхности и вращается вместе с Землей. Высота такой орбиты составляет около 40 000 км, что позволяет увеличить расстояние до 7000-8000 км.
«Конечно, рассмотренные системы передают одновременно огромное количество сообщений, то есть являются многоканальными. В сотовой связи радиосигнал передается только от одного абонента, телефона до базовой станции на расстояние нескольких сот метров или единиц километров, чтобы затем передать его проводной сети до следующей базовой станции и, опять по радиоканалу, до другого абонента», — добавил Игорь Григоров.
Сегодня все виды радиосвязи работают в связке не только между собой, но и с проводными, и волоконно-оптическими линиями и сетями. Как отмечает спикер, они являются составной частью цифровой среды:
«Нет никакой разницы, что мы передаем по радиоканалу: аналог или цифру. Если сигнал аналоговый (например, речь, музыка и т. д.), то он предварительно преобразуется на передаче в «цифру», то есть в поток двоичных символов «1» и «0». На приемной стороне он трансформируется назад в аналоговый сигнал. По какому каналу передается поток (радиоканал, проводной, волоконно-оптический) не имеет значения».
Инфографика: Андрей Вечканов
Профессор считает, что наземные виды связи, в том числе, радиосвязи продолжат активно использовать и в будущем: «Рано или поздно человечество всё равно полетит в дальний и сверхдальний космос. И вот тут без радиосвязи никак не обойтись! Здесь это единственный способ передачи информации. Не потянем же мы за ракетой оптоволокно, даже в ближний космос».
Автор: Александра Ламзина
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
— Игорь Васильевич,что такое квантовый компьютер и в чем его отличие от обычного?
— Разница заключается в принципах работы. Обычный компьютер оперирует битами, которые имеют всего два состояния: ноль или один, «да» или «нет». А квантовый компьютер оперирует кубитами — это физические системы, которые могут находиться не только в состоянии «0» или «1», но и в суперпозиции этих состояний. То есть один кубит может быть одновременно и нулем, и единицей.
Именно это свойство позволяет квантовому компьютеру проводить параллельные вычисления. Если обычный компьютер последовательно перебирает варианты, то квантовый просчитывает их все одновременно. Это дает экспоненциальный прирост скорости для определенных классов задач — тех, на которые у обычного компьютера ушли бы сотни лет. Например, разложение больших чисел на простые множители, моделирование сложных молекул и т. п. Для простых же операций использование квантового компьютера будет слишком дорогим.
Различаются и методы определения результата. Обычный компьютер всегда дает точный и предсказуемый ответ, а квантовый — лишь наиболее вероятный. Чтобы убедиться в правильности, один и тот же алгоритм запускают многократно. В итоге строится гистограмма: тот ответ, который выпадает чаще всего, и считается верным.
Инфографика: Андрей Вечканов
— Существует несколько подходов к созданию квантовых компьютеров. В чем отличия?
— Квантовые компьютеры различаются прежде всего тем, какие физические объекты используются в качестве кубитов. От этого зависят их сильные и слабые стороны.
Самый распространённый тип — сверхпроводящие кубиты. Они быстры и технологичны, но требуют охлаждения почти до абсолютного нуля (холоднее, чем в открытом космосе) и сильно страдают от шума (теплового, влияния других кубитов). Квантовые компьютеры на ионных ловушках дают высокую точность операций и дольше удерживают квантовое состояние, но работают медленнее сверхпроводников.
Фотонные системы не нуждаются в криогенном охлаждении и перспективны для квантовых коммуникаций, но они пока сложны в масштабировании. Перспективными считаются квантовые компьютеры на нейтральных атомах. Там можно создавать сотни-тысячи кубитов и сравнительно долго сохранять квантовые состояния, но операции сложнее контролировать.
Пока ни один тип не достиг практического превосходства в реальных задачах Стабильно работающих, безошибочных квантовых компьютеров, которые можно было бы просто включить и использовать как обычный сервер, пока не существует. Это всё еще экспериментальные установки. Предстоит совершить ряд фундаментальных физических прорывов (например, в области коррекции ошибок) прежде, чем технология выйдет за пределы лабораторий.
— И в какой перспективе это может случиться?
— Предсказать сложно. То, что старые системы шифрования всё еще работают и ваши деньги в банках в безопасности, — лучшее доказательство того, что квантовая эра не наступила.
Всю гонку разработок подстегивает угроза взлома. Как только появится достаточно мощный квантовый компьютер, он сможет взломать любые современные ключи шифрования, используемые во всём мире. Поэтому лидеры — США и Китай — вкладывают огромные средства. Общий объём мировых инвестиций в 2025 году оценивалтся примерно в 33 млрд долларов.
Россия подключилась к этой гонке позже, но сейчас мы активно наверстываем упущенное. Финансирование идёт по схеме «пятьдесят на пятьдесят»: половину даёт государство, половину — крупные корпорации, в первую очередь — «Росатом». Например, с 2020 по 2024 год на дорожную карту квантовых вычислений было направлено около 24 млрд рублей. В 2025 году только на квантовые вычисления выделено порядка 15 млрд, плюс средства на сенсоры и коммуникации.
При этом развиваются все направления. Например, в Физическом институте им. Лебедева и Российском квантовом центре работают с ионами и нейтральными атомами, а в НИТУ МИСиС — со сверхпроводниками. Также развитием квантовых технологий занимаются ФИАН, МГУ, МФТИ, МГТУ имени Баумана.
— Есть ли уже какие-то практические проекты?
— Да, в частности, у «Росатома» и торговой сети «Магнит». Они решают задачу оптимизации логистики — как наиболее эффективно выстроить отгрузки товаров. По их расчетам, применение квантовых алгоритмов может повысить эффективность планирования на 30–40%.
Также важный практический проект — квантовые коммуникации. РЖД планирует связать всю страну, от Запада до Востока, защищенными квантовыми сетями для передачи ключей в рамках проекта «Экономика данных». На это до 2030 года планируется направить около 70 млрд рублей.
— Насколько знаю, в ПГУТИ как раз готовят специалистов для реализации данного проекта. Расскажите об этом подробнее.
— Да, на факультете оптических и квантовых коммуникаций ПГУТИ мы готовим специалистов для работы с квантовыми сетями. Обучение строится на сплаве трех дисциплин: углубленная физика, высшая математика и программирование. У нас есть отличная лаборатория по генерации квантовых ключей. Мы со студентами разбираем, как строятся защищенные сети, которые не боятся взлома.
Второе направление подготовки на факультете — алгоритмическое. Мы готовим не инженеров-физиков, а специалистов, которые будут уметь пользоваться квантовым компьютером, когда он появится. Это программисты и разработчики квантовых алгоритмов. Им не столько нужно знать физику, как разработчикам железа, сколько понимать математику и логику работы с кубитами.
Путь обучения по обоим направлениям достаточно сложный, но он очень перспективный. Учитывая планы РЖД и других корпораций по развитию квантовых технологий, спрос на специалистов будет только расти.
Автор: Александра Ламзина
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
