Data: 22 listopada 2021

Kwantowy wyścig

Komputery kwantowe wykorzystują unikalne właściwości atomów i fotonów do rozwiązywania problemów obliczeniowych znacznie szybciej niż zwykłe komputery. Z jednej strony ich dostępność pozwoli osiągnąć przełom w wielu dziedzinach, począwszy od medycyny po badania kosmiczne czy sztuczną inteligencję. Z drugiej, ich powszechność z pewnością będzie stanowić wyzwanie dla gospodarki oraz bezpieczeństwa narodowego.

ŹRÓDŁO: WIKIMEDIA

W wyścigu, którego metą jest opracowanie i wdrożenie praktycznych zastosowań komputerów kwantowych, zwycięzca będzie miał ogromną przewagę strategiczną. Ten, kto wygra technologiczną rywalizację przyszłości, zostanie globalnym liderem gospodarczym. Dlatego też ciężko nie zgodzić się ze słowami nowojorskiego senatora Chucka Schumera, który optując za przyjęciem amerykańskiej ustawy gwarantującej rządowe inwestycje w sektor nowych technologii, mówił: “Musimy inwestować w naukę, badania i rozwój, produkcję oraz innowacje. (…) W samym środku jednej z najbardziej znaczących bitew w historii naszego kraju Ustawa o Innowacji i Konkurencji Stanów Zjednoczonych kładzie podwaliny pod kolejne stulecie amerykańskiego przywództwa gospodarczego i zachowuje naszą przewagę konkurencyjną dla przyszłych pokoleń”[1].

W 2021 roku światowe inwestycje w badania i technologię kwantową przekroczyły sumarycznie kwotę ponad 25 miliardów dolarów. Nie jest to astronomiczna kwota, tym bardziej że przypada na nią suma inwestycji zarówno zaplanowanych, jak i tych przeprowadzonych przez całą ostatnią dekadę. Mając jednak na uwadze bardzo wąską dziedzinę, która niedawno interesowała wyłącznie teoretyków, jest to znacząca kwota. Zainwestowane w badania fundusze prowadzą do nie tylko do rozwoju teoretycznych badań, ale też wdrażania innowacji, które nieustannie poszerzają dostępność technologii jeszcze niedawno zarezerwowanej dla naukowców.

Komputery kwantowe opierają się na zupełnie innym modelu niż standardowa elektronika, której używamy na co dzień. Wcześniej stan może zostać określony wyłącznie przy pomocy prawdopodobieństwa. Zdolności obliczeniowe komputera kwantowego opierają się o niebinarne kubity informacji, odzwierciedlające nieokreśloność stanów w świecie kwantowym. To właśnie ta nieokreśloność może umożliwić szybsze i tańsze wykonywanie obliczeń. Brzmi skomplikowanie i tak właśnie jest. Zresztą jak mawiał profesor Uniwersytetu Princeton John Wheeler „Jeśli mechanika kwantowa nie sprawia, że czujesz się całkowicie zagubiony, to znaczy, że jej nie rozumiesz”. W przyszłości użytkownik końcowy komputera kwantowego, nie będzie musiał się przejmować złożonością tego procesu. Tak samo jak dziś nie musi rozumieć, w jaki sposób monokryształ krzemu umożliwia przetwarzanie sygnałów zero jedynkowych w standardowym komputerze.

Do niedawna prym w kwantowych inwestycjach wiodły amerykańskie koncerny. We wrześniu 2019 roku Google, ogłosiło osiągnięcie „supremacji w dziedzinie”, pokazując swoją 53-kubitową maszynę. W ostatnim kwartale 2020 roku IBM wyprzedził swojego konkurenta, informując świat o posiadaniu urządzenia 65-kubitowego. Wcześniej amerykański IBM wprowadził do oferty sprzedażowej urządzenia IBM Q System One. To pierwszy komercyjny komputer kwantowy, zbudowany na bazie 20 kubitowego chipa. Komputer umieszczony w obudowie wykonanej z laminowanego szkła boro-krzemianowego,, zapewniającej odpowiednią izolację przed czynnikami środowiskowymi, niczym nie przypomina standardowych jednostek obliczeniowych[2]. Maszyna zajmuje powierzchnię ponad 7 metrów kwadratowych, i ma 2.7 metra wysokości. Kilka miesięcy temu pierwsza tego typu jednostka została zainstalowana w Europie. Trwające od 2019 roku starania niemieckiego instytutu Fraunhofera przyniosły efekt w postaci uruchomienia pierwszego w historii komputera kwantowego w Europie. Komputer działa w oddalonym o 600 km od granicy z Polską laboratorium instytutu w Ehningen i jest częścią akademickiej sieci, z której korzystają naukowcy z całej Europy. „Docelowo ma on przyspieszyć badania związane z lekami, szczepionkami, modelami klimatycznymi, a nawet systemem transportowym. Inwestycja ma wspomagać nie tylko naukę, ale też gospodarkę”[3].

To nie jedyna inwestycja kwantowa w Europie. Od 2018 roku w UE wdrażany jest program Quantum Flagship, który z budżetem 1 mld EUR stara się umożliwić Unii Europejskiej współzawodnictwo w nadchodzącej rewolucji. Niemcy zapowiedzieli przeznaczenie 2 mld euro z funduszu wsparcia post pandemicznego na badania nad technologiami związanymi z nowoczesnymi komputerami. Takie same działania podejmuje Francja. Prezydent Emmanuel Macron w styczniu 2021 r. zadeklarował inwestycje za niespełna 2 mld EUR, które do 2026 podejmie Francja w celu zapewnienia rozwoju technologii kwantowych[4]. W Polsce nad zastosowaniami dla tych technologii pracują między innymi naukowcy z Torunia i Gdańska. Badacze z Warszawy współpracują z firmą EXATEL, krajowym operatorem telekomunikacyjnym, obsługującym największe organizacje z sektora publicznego. Małymi krokami rozwija się też sektor prywatny, w którym zdolni naukowcy starają się zawalczyć o udział w wyścigu. Przykładem może być podwarszawska firma Creotech, która z budżetem 7 mln złotych zamierza opracować nowoczesne rozwiązania stosowane w systemach kontrolnych  komputerów kwantowych. „Efektem mają być pierwsze w Polsce i jedne z pierwszych na świecie modułowe urządzenia elektroniczneoparte na specyfikacjach uzgodnionych przez wiodące w tym temacie grupy badawcze z USA i EU” – podała spółka.

Największym rywalem USA w dziedzinie komputerów kwantowych są Chiny. To właśnie w Państwie Środka nakłady na rozwój tej gałęzi technologii są obecnie najwyższe. Technologia W obecnym chińskim planie pięcioletnim ta dziedzina została wyszczególniona jako jeden z kluczowych punktów rozwoju i rywalizacji międzynarodowej. Pod koniec października chińscy fizycy poinformowali, że zbudowali dwa nowoczesne komputery o zdolnościach obliczeniowych przewyższających maszyny zachodnich konkurentów. Według zespołu badawczego wykorzystujący fotony Jiuzhang 2 może w ciągu jednej milisekundy rozwiązać zadanie, które zajęłoby najszybszemu konwencjonalnemu komputerowi biliony lat[6]. Inwestycje w technologie kwantowe, stymulowane przez Pekin są sumarycznie większe niż amerykańskie i europejskie, wynoszą 10 miliardów dolarów[7]. Zgodnie z planem w najbliższych pięciu latach mają co roku rosnąć o dodatkowe 7%.

Wyścig trwa. Na mecie czekają nie tylko nagrody dla naukowców oraz krajowych gospodarek. Czeka też ogromna szansa na przewagę militarną. Komputer kwantowy potencjalnie może pozwolić na złamanie wszelkich, obecnie uznawanych za bezpieczne, szyfrów. Możliwość łamania zabezpieczeń kryptograficznych zagrozi infrastrukturze każdego kraju. Naukowcy zdają sobie z tego sprawę i od pewnego czasu pracują nad rozwiązaniami związanymi z kryptografią, która zapewni bezpieczną komunikację w nowych realiach. Żeby wdrożyć takie zabezpieczenia, będzie oczywiście trzeba posiadać dostęp do komputera kwantowego.

[1]https://www.schumer.senate.gov/newsroom/press-releases/schumer-announces-senate-passage-of-us-innovation-and-competition-act-250-billion-bipartisan-bill-will-be-blueprint-to-make-ny-global-tech-and-semiconductor-hub-schumers-bill-includes-52b-for-us-semiconductor-industry_10b-for-regional-tech-hubs-to-create-jobs-in-upstate-ny–put-ny-on-the-frontlines-of-the-greatest-race-of-the-century

[2]https://www.themanufacturer.com/articles/ibm-unveil-new-commercial-q-system-one-quantum-computer/

[3]https://www.benchmark.pl/aktualnosci/ibm-quantum-system-one-uruchomiono-pierwszy-komputer-kwantowy-w.html

[4]https://www.businessfrance.fr/discover-france-news-1-8-billion-in-funding-for-quantum-technologies

[5]https://www.fxmag.pl/artykul/firma-creotech-instruments-pozyskala-ponad-5-mln-zl-dofinansowania-z-ncbr-na-stworzenie-nowoczesnych-rozwiazan-w-segmencie-technologii-kwantowych

[6]https://www.scmp.com/news/china/science/article/3153727/china-launches-worlds-fastest-programmable-quantum-computers

[7]https://www.qureca.com/overview-on-quantum-initiatives-worldwide-update-mid-2021/
Autor: Wiktor Sędkowski
Wiktor Sędkowski ukończył teleinformatykę na Politechnice Wrocławskiej, specjalizując się w dziedzinie bezpieczeństwa cybernetycznego. Jest ekspertem od zagrożeń cyfrowych. Posiadacz certyfikatu CISSP, OSCP i MCTS, pracował jako inżynier i solution architect dla wiodących firm informatycznych.

 

Wesprzyj nas

Jeżeli przygotowane przez zespół Warsaw Institute treści są dla Państwa przydatne, prosimy o wsparcie naszej działalności. Darowizny od osób prywatnych są niezbędne dla kontynuacji naszej misji.

Wspieram

Wszystkie teksty publikowane przez Fundację Warsaw Institute mogą być rozpowszechniane pod warunkiem podania ich źródła oraz autora. Obrazy nie mogą być wykorzystywane bez pozwolenia.

Powiązane wpisy
Top