Chwila komputery kwantowe nigdy nie będą wykorzystywane do wykonywania przyziemnych zadań, takich jak przetwarzanie tekstu czy księgowość, będą w stanie rozwiązać pewne problemy, których nie da się rozwiązać w rozsądnym czasie za pomocą konwencjonalnych maszyn. Niewielka liczba tych problemów jest tak ważna, że większość krajów uprzemysłowionych już inwestuje w obliczenia kwantowe, aby albo zyskać przewagę na wczesnym etapie, albo nie pozostać daleko w tyle.
Naukowcy przewidują, że po opanowaniu tej technologii komputery kwantowe będą wykorzystywane do takich celów, jak symulowanie złożonych układów biochemicznych i rozwiązywanie problemów optymalizacyjnych, takich jak znajdowanie najlepszej trasy między dwoma punktami lub określanie optymalnej alokacji inwestycji w finansach.
Teoretycy przewidują, że obliczenia kwantowe będą w stanie złamać nawet najsilniejsze obecnie klucze szyfrujące w ciągu kilku minut, dzięki czemu tajemnice dowolnej organizacji lub obywatela staną się przejrzyste dla każdego innego kraju lub organizacji prywatnej będącej właścicielem tej technologii. To tylko kilka obszarów, w których oczekuje się, że komputery kwantowe będą miały ogromną przewagę nad komputerami klasycznymi.
Trwa wyścig między krajami uprzemysłowionymi i blokami handlowymi o opanowanie technologii – wyłaniają się trzy regionalne bieguny: Stany Zjednoczone, Chiny i Europa. Choć Europa wyprodukowała już kilka komputerów kwantowych, żaden z nich nie jest tak duży i tak wyrafinowany jak komputery wyprodukowane przez IBM czy Chiny.
Według Oliviera Ezratty’egoAutor Zrozumienie technologii kwantowych 2023wyzwaniem dla Europy jest ustawienie się poza miejscem, w którym Stany Zjednoczone i Chiny prawdopodobnie znajdą się w dziedzinie obliczeń kwantowych. Chiny i inne kraje azjatyckie są zwykle bardzo mocne w produkcji sprzętu, a Stany Zjednoczone zazwyczaj przodują w komercjalizacji technologii – dzięki bardzo dużemu, jednorodnemu rynkowi wewnętrznemu.
Aby zapewnić Europie zdobycie niszy w świecie postkwantowym, Europejski okręt flagowy kwantowy został formalnie uruchomiony w październiku 2018 r. i może spodziewać się, że w ciągu 10 lat otrzyma łącznie 1 miliard euro na inwestycje.
Pieniądze zostaną przeznaczone przede wszystkim na projekty, które pomagają przekształcić europejskie badania w zastosowania komercyjne w czterech głównych obszarach: obliczenia kwantowe; symulacja kwantowa; komunikacja kwantowa; oraz wykrywanie kwantowe i metrologia. Deklarowanym celem projektu jest uczynienie Europy jednym z wiodących na świecie regionów pod względem wiedzy kwantowej i innowacji.
Mocne strony Europy
Zdaniem Ezratty’ego, jeśli chodzi o obliczenia kwantowe, Europa ma już bardzo dobrą pozycję w pięciu kluczowych obszarach:
- Badania i środowisko akademickie finansowane ze środków publicznych;
- Dynamiczny ekosystem przemysłowy;
- Wiodąca pozycja w zakresie technologii wspomagających;
- Integracja komputerów o dużej wydajności i systemów kwantowych;
- Odpowiedzialna innowacja.
Ezratty twierdzi, że jeśli dodać do siebie wszystkie państwa członkowskie i samą Unię Europejską (UE), Europa jest największym na świecie inwestorem publicznym w badania kwantowe. Jednak Stany Zjednoczone mają ogólnie większe finansowanie od przemysłu – dzięki takim firmom jak IBM, Google, Microsoft i Intel. Stany Zjednoczone są także liderem na świecie pod względem liczby start-upów i poziomu ich finansowania.
„W przypadku dowolnej technologii często najlepiej jest być producentem” – mówi Ezratty. „Ale jeśli nie możesz być producentem, możesz mieć z nim coś do wymiany. Czasami daje to jeszcze silniejszą rękę – szczególnie na wczesnym rynku, kiedy producenci jeszcze tego nie robią zarabianie na sprzedaży produktów.
„Na wczesnym rynku organizacje wytwarzające produkty i komponenty wspomagające mogą już osiągać bardzo duże zyski. Gdy rynek dojrzeje, technologia wspomagająca będzie nadal ważna i często może okazać się potężniejszą kartą przetargową niż kompletne produkty.
Chociaż Europa jest już producentem komputerów kwantowych, m.in IQM, Quandela, Paskal I AQTzapewnia także znaczną część technologii wspomagających, która może być jeszcze ważniejsza. Według Ezratty’ego Europa objęła już wiodącą rolę w kilku ważnych technologiach wymaganych w obliczeniach kwantowych. Należą do nich rozwiązania kriogeniczne, specjalne kable i złącza oraz narzędzia i techniki integracji komputerów kwantowych z komputerami o wysokiej wydajności.
Systemy kriogeniczne są potrzebne do utrzymywania komputerów kwantowych w bardzo niskich temperaturach niezbędnych do działania. „Fińska firma Bluefors jest zdecydowanym światowym liderem w systemy kriogeniczne stosowane w obliczeniach kwantowych– mówi Ezratty. „Mają ponad 70% tego rynku. Drugie miejsce zajmuje Oxford Instruments w Wielkiej Brytanii.”
Do wykonywania operacji wejściowych i wyjściowych pomiędzy kubitami a tradycyjną elektroniką potrzebne są specjalne kable. Kable te muszą łączyć się z kubitami bez zakłócania ekstremalnie zimnego środowiska, w którym kubity muszą działać. „Delft Circuits w Holandii ma pozycję lidera w miarę wzrostu rynku” – mówi Ezratty.
Złącza stosowane w obliczeniach kwantowych muszą spełniać rygorystyczne wymagania. Francuska firma Radiall już prowadzi zdrowy biznes, sprzedając złącza ekranowane magnetycznie, złącza miniaturowe i przełączniki kriogeniczne do stosowania w systemach kwantowych. Ezratty twierdzi, że podobnie jak kable, złącza są szczególnie ważne w umożliwianiu komunikacji między bardzo zimnym środowiskiem kwantowym a tradycyjną elektroniką.
Chociaż obecnie nie ma użytecznego zastosowania tego układu poza badaniami akademickimi, może on być prekursorem ważnego paradygmatu. Gdy komputery kwantowe będą w stanie rozwiązywać przydatne problemy, superkomputer będzie w stanie przekazać określone zadania systemowi kwantowemu, gdzie będzie można je wykonać znacznie szybciej.
Poza technologiami wspomagającymi
W miarę jak komputery kwantowe staną się przydatne, mądrym posunięciem Europy będzie utrzymanie swojej pozycji w zakresie wytwarzania technologii wspomagających, przy jednoczesnym awansowaniu w górę łańcucha wartości, gdzie zacznie ona przynosić zyski. Obecne inwestycje Europy w badania – oraz wysiłki na rzecz rozwoju zróżnicowanego ekosystemu wokół technologii kwantowych – prawdopodobnie zwrócą się do tego czasu.
Europejski projekt flagowy Quantum podejmuje właściwe kroki, zachęcając do wspólnych badań między krajami członkowskimi. Co więcej, inwestorzy venture capital obstawiają start-upy na całym kontynencie. Dobrym przykładem jest firma z siedzibą we Francji Kwatonacja, który twierdzi, że jest „pierwszym na świecie funduszem VC na wczesnym etapie rozwoju zajmującym się głęboką fizyką i technologiami kwantowymi”. Quantonation sfinansowało już 28 startupów w ośmiu krajach w celu komercjalizacji technologii.
Jak dotąd obliczenia kwantowe nie rozwiązały żadnych użytecznych problemów, ale kiedy to nastąpi, Europa będzie w grze. Być może ważniejsze jest to, że państwa członkowskie współpracują, aby jako Unia stawić czoła wielkiemu globalnemu wyzwaniu technologicznemu.