Tačiau kvantiniai kompiuteriai ne visose srityse bus pranašesni už įprastus. Todėl svarbiausias mokslinių tyrimų tikslas – rasti programas, kurias taikant jie būtų geriausi.
Kompiuterijos kvantinis pokytis
Įsibėgėjant lenktynėms dėl naujos kartos kompiuterių sukūrimo, Europos bendrovės ieško galimybių, kurios pakeistų situaciją.
Kada nors ateityje vaistai, kuriuos žmonės vartoja nuo paprasčiausio peršalimo iki sudėtingos būklės, pavyzdžiui, Parkinsono ligos, gali būti atrasti naudojant kvantinius kompiuterius.
Tikimasi, kad šios kvantinės fizikos principais paremtos mašinos, pranokstančios pačius sparčiausius klasikinius kompiuterius, paskatins kurti naujus vaistus, galinčius iš esmės pagerinti sveikatos priežiūrą.
Peržengiame ribas
„Klasikinių kompiuterių galimybės įvairiose, pvz., vaistų atradimo, srityse yra ribotos, – sakė Prancūzijos pažangiųjų kompiuterių bendrovės „Eviden“ Kvantinių kompiuterių skyriaus vadovas dr. Cyrillas Allouche’as. – Tikimės, kad kvantinė kompiuterija gali šį barjerą įveikti. Tai reikštų naujus vaistus ir mažiau ligų.“
Sveikiname, tai pasaulinės lenktynės dėl naujos kartos kompiuterių, kuriose Allouche’as dalyvauja kaip mokslinių tyrimų projekto, kuriam skirtas ES finansavimas ir kurio tikslas – ištirti įvairias kvantinių kompiuterių panaudojimo galimybes, vadovas.
Nors garsios JAV bendrovės, investuodamos milijardus, kad pirmosios sukurtų visavertį kvantinį kompiuterį, pateko į laikraščių antraštes, Europos įmonės ir mokslininkai parodė tokį pat ryžtą, tačiau iš esmės liko nuošalyje.
Visiems, dalyvaujantiems šiose paieškose, sprendimas investuoti ar neinvestuoti į mokslinius tyrimus dabar gali reikšti skirtumą tarp pirmavimo ir atsilikimo pažangiausių technologijų sveikatos, energetikos ir kibernetinio saugumo srityse.
Nuliai, vienetai ir dar daugiau
Jei visuomenei kylančios grėsmės yra aiškios, tai pačios kvantinės kompiuterijos prigimtis nėra tokia aiški.
Įprastas kompiuteris naudoja dvejetainį kodą, kad veiktų ir atliktų skaičiavimus. Dabartinis kompiuterinis kodas iš esmės yra ne kas kita, kaip didelis nulių bei vienetų skaičius ir kompiuteris bet kuriuo metu skaito arba nulį, arba vienetą.
Tačiau kvantiniame kompiuteryje įvyksta kai kas ypatingo – vadinamoji nulio ir vieneto superpozicija. Tai reiškia, kad operacinė sistema vienu metu gali veikti abiem būsenomis.
Būtent šis gebėjimas vienu metu atlikti du dalykus gali smarkiai paspartinti laiką, per kurį kompiuteriai atlieka tam tikrus skaičiavimus.
Tačiau to dar niekas nepasiekė. Dabartiniai kvantiniai kompiuteriai yra nedidelės galios mašinos, turinčios nedaug pranašumų, palyginti su įprastais kompiuteriais.
Kokios programos?
„Kvantiniai skaičiavimai kol kas tebėra teoriniai“, – sakė Allouche’as.
Tačiau mokslininkų tai neatbaido.
Allouche’o ES finansuojamas projektas vadinasi NEASQC – tai akronimas, reiškiantis kitą kvantinės kompiuterijos pritaikymą (angl. Next Applications of Quantum Computing). Projektas prasidėjo 2020 m. rugsėjį ir truks iki 2024 m. lapkričio pabaigos.
Projekte dalyvavo tokių šalių kaip Vokietija, Airija ir Nyderlandai universitetai, taip pat tokios įmonės kaip vaistų kūrėja „AstraZeneca“ (Švedija), komunalinių paslaugų bendrovė „Electricité de France“, Latvijos kalbų technologijų bendrovė „Tilde“ ir Jungtinės Karalystės bankas HSBC.
„Dabar atėjo metas susidomėti pramonės sektoriams, – sakė Allouche’as. – Būtų labai bloga idėja laukti, kol technologija subręs, ir tik tada kurti programas. Būtent dabar turime išnagrinėti panaudojimo būdus.“
NEASQC nagrinėja devynis naudojimo atvejus. Galimos paraiškos laikomos konfidencialiomis dėl konkurencinių priežasčių.
Emuliatoriaus naudojimas
Allouche’as sakė, kad tyrėjai jau dabar gali patikrinti, ar technologija, kuri dar nėra visiškai veikianti, pavyzdžiui, kvantinė kompiuterija, tam tikrais atvejais galėtų būti geresnė už jau naudojamą technologiją.
Tam naudojamas emuliatorius. Tai įprastas kompiuteris, sukonfigūruotas taip, kad imituotų kvantinį kompiuterį, neturintį tokios galios, kokią turėtų tikrasis kompiuteris.
„Iš teorijos bandoma spręsti apie tam tikras savybes, – pasakė Allouche’as. – Čia imituojame, kaip atrodytų kvantinis kompiuteris.“
Atlikdami šiuos imitavimus mokslininkai gali nustatyti, ar kvantiniai kompiuteriai gali padėti pasiekti pažangą, pavyzdžiui, rasti molekulių derinius naujiems vaistams gaminti arba padidinti atsinaujinančiosios energijos gamybą naudojant saulės elementus.
Ne visas programas naudojant kvantiniai kompiuteriai bus pranašesni už įprastus kompiuterius. Todėl svarbiausias mokslinių tyrimų tikslas – rasti programas, kurias naudojant kvantiniai kompiuteriai būtų pranašesni.
„Turime išsiaiškinti, kur yra klasikinių kompiuterių ribos ir kur kvantiniai kompiuteriai gali pasiūlyti sprendimą“, – sakė Allouche’as.
Kartu geriau
Antruoju ES finansuojamu mokslinių tyrimų projektu ieškoma kito būdo, kaip skatinti kvantines technologijas Europoje. Projektu ne finansuojami konkretūs moksliniai tyrimai, o vienijamos skirtingos iniciatyvos visame žemyne.
Ši trejus metus truksianti iniciatyva vadinama QUCATS ir bus įgyvendinama iki 2025 m. balandžio pabaigos. Jai vadovauja profesorius Philippe’as Grangier, Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro (CNRS) mokslinių tyrimų direktorius.
„Europoje neturime didelių įmonių, kuriose būtų sutelkti kvantinių kompiuterių moksliniai tyrimai,“ – sakė Grangier. – Europoje tokie moksliniai tyrimai yra pavieniai. Mes norime juos sujungti.“
QUCATS imasi kai kurių koordinavimo funkcijų, kurias JAV atlieka didelės technologijų bendrovės.
Projekte tai daroma įvairiais būdais. Čia rengiami strateginiai dokumentai, kuriuose nurodoma, kokia kryptimi turi būti vykdomi kvantiniai moksliniai tyrimai, pavyzdžiui, naujas veiksmų planas, kuriuo siekiama Europą paversti pasaulio Kvantiniu slėniu. Projektas padeda mokslininkams pateikti patentus. Taip pat šis projektas koordinuoja tarpvalstybinius mokslinius tyrimus. Ir netgi informuoja visuomenę.
QUCATS partneris yra Europos kvantinės pramonės konsorciumas (angl. European Quantum Industry Corsortium, arba QuIC), vienijantis privačias įmones, kurios tikisi, kad kvantinė kompiuterija ateityje joms gali būti naudinga.
Dr. Thierry Botteras, QuIC vykdomasis direktorius, antrino Allouche’ui sakydamas, kad ne per anksti skirti dėmesio tokiems klausimams.
„Kvantas dar jaunas, – sakė Botteras. – Tačiau įmonės turi suprasti, kaip kvantinė kompiuterija gali paveikti jų verslą jau šiandien. Pirmieji dalyviai jau pasiekė rezultatų. Vėluojantiems bus sunku pasivyti.“
Jis teigė, kad Europos įmonės jau svarsto, ką joms gali pasiūlyti kvantinė kompiuterija.
Galimybės ir rizika
Pavyzdžiui, lėktuvų gamintoja bendrovė „Airbus“ nori ištirti, kaip kvantiniai skaičiavimai gali padėti kurti geresnius orlaivius, modeliuoti oro srautus ir degalų naudojimo efektyvumą.
Kita neatidėliotina kvantinių tyrimų sritis – kriptografija.
Šiandien didžioji dalis internetinio bendravimo ir duomenų šifruojama naudojant matematinius galvosūkius. Išspręsti juos dabartiniais kompiuteriais, nežinant šifravimo kodų, praktiškai neįmanoma.
Tačiau kvantiniai kompiuteriai galės šiuos galvosūkius išspręsti ir be kodų. Atsiradus veikiantiems kvantiniams kompiuteriams, internetinė komunikacija gali tapti pažeidžiama.
Grangier teigė, kad Europos bendrovės stengiasi tokių problemų išvengti. Pavyzdžiui, Ispanijos telekomunikacijų įrangos tiekėja „LuxQuanta“ ir kiti rinkos dalyviai rado būdų, kaip patobulinti ir įdiegti kvantinę kriptografiją, kuri padėtų išvengti plataus masto privatumo pažeidimų.
Piniginiai reikalai
Tačiau kol kas neaišku, kaip Europa galiausiai pasirodys kvantinėse lenktynėse, iš dalies dėl investicijų poreikio.
„Europoje yra labai gera kvantinių tyrimų aplinka, kurioje atsirado daug pradedančiųjų įmonių, – sakė Botteras. – Tačiau vis dar yra spragų. Viena iš jų – finansavimas.“
Europos investicijų banko 2022 m. atlikto tyrimo metu nustatyta, kad, nors Europoje yra panašus kvantinių įmonių skaičius, kaip ir JAV, dėl privačių investicijų trūkumo senajame žemyne Amerikos įmonės gauna 10 kartų didesnį finansavimą.
Botteras teigė, kad ES ir jos valstybės narės turi skubiai imtis veiksmų, kad Europos įmonėms šioje srityje būtų suteikta daugiau kapitalo.
„Per ateinančius 10 metų gali daug kas nutikti, – sakė jis. – Šiandieniniai startuoliai ateityje gali tapti didelėmis įmonėmis. Prieš penkiasdešimt metų Europa susivienijo ir sukūrė „Airbus“, dabar pirmaujančią aviacijos ir kosmoso bendrovę. Svajoju apie „Airbus“ kvantiniame pasaulyje.“
Kvantinių bitų mokslas
Kvantiniame kompiuteryje manipuliuojama ne klasikiniams kompiuteriams būdingais dvejetainiais bitais, o kvantiniais bitais, arba kubitais. Kubitai turi papildomų savybių dėl dviejų kvantinės mechanikos reiškinių: superpozicijos ir susietumo.
Kubitas gali perteikti nulio ir vieneto kombinacijas vienu metu – tai superpozicija. Kubitai taip pat gali būti susieti – du atskiri kubitai gali egzistuoti esant vienai būsenai, kuri pasikeis veikiant vieną iš kubitų. Taip tarp kubitų sukuriamos koreliacijos.
Šias kvantines savybes mokslininkai gali valdyti ir jos gali gerokai paspartinti laiką, per kurį kompiuteriai atlieka tam tikrus skaičiavimus.
Straipsnis buvo publikuotas ES mokslinių tyrimų ir inovacijų žurnale „Horizon“.