KVANTOVÉ TECHNOLOGIE

Kvantové počítače ve výrobě? Zatím hudba budoucnosti, do které vede cesta přes univerzity

V ideálním světě má všechno ve výrobě řád. Jednotlivé kroky na sebe navazují podle předem definovaných pravidel a podmínek. Problém je, že svět není dokonalý. Příliš často do něj vstupuje „náhoda“, nebo chcete-li nekonečné množství možností, které mohou ovlivnit výrobní procesy.

Autor:

Jaroslav Vojtěch, vedoucí oddělení HPC & Big Data společnosti Eviden (Skupina Atos) v České republice

Materiálové inženýrství, simulace crash testů či aerodynamiky nebo vývoj nových léků, to jsou některé z oblastí, kde binární, přísná logika konvenčních počítačů a superpočítačů svádí s „náhodou“ nerovný souboj. Právě zde se otevírá prostor pro kvantové počítače. Neztrácejí čas testováním jedné varianty za druhou. Jednoduše je vyzkouší všechny najednou. Jsou tedy kvantové počítače ideálním řešením pro potřeby průmyslové praxe? Ne úplně, ale pracujeme na tom, aby se staly jeho součástí.

Oblasti superpočítačů s tradiční architekturou a svět kvantových počítačů snad nemohou být odlišnější. Superpočítače v posledních letech prožívají rychlý růst v oblasti výkonu i nasazení. U kvantových počítačů probíhá vývoj spíše skokově. Stejně jako u prvních generací clusterů jsme s nimi nyní ve fázi, kdy přemýšlíme nejen, jak je ještě lépe navrhnout a vyrobit, ale také zaměstnat.

V rámci Skupiny Atos se kvantovým počítačům věnujeme už deset let. Jako jeden z nejvýznamnějších producentů v Evropě jsme realizovali čtyřicítku systémů pro simulaci kvantových počítačů, převážně v akademické sféře. Od velkých organizací jako CERN až po Technickou univerzitu v Košicích. Jedná se o náš vlastní kvantový emulátor s názvem Qaptiva, na kterém si mohou zákazníci snadno a levněji ověřit, jestli pro jejich použití dává kvantový počítač smysl a připravit se na případné nasazení skutečného kvantového počítače. Součástí našeho řešení není pouze HW a SW pro emulaci ale i celá škála školení a nástrojů pro specialisty, kteří chtějí ověřit, jaké aplikace budou vhodné pro řešení provozu na kvantových počítačích.

V Česku jsme přítomní mimo jiné v ostravském superpočítačovém centru IT4Innovations, kde je v současné době instalován první reálný kvantový počítač v našem regionu. Na jednom místě se zde propojují různé technologie i aplikace. Superpočítače s kvantovými počítači, akademická sféra s průmyslem a byznysem.

Kvantové počítače dávají pro průmyslovou aplikaci smysl. Ovšem nesmíme si představovat, že se jedná o jediné správné a nejlepší řešení. Jejich místo je po boku superpočítačů. Synergie mezi HPC clustery a kvantovými systémy má potenciál posunout kupředu nejen výzkum a vývoj, ale také proměnit základy každodenního fungování výrobních či logistických provozů.

— Jaroslav Vojtěch —vedoucí oddělení HPC & Big Data společnosti Eviden (Skupina Atos) v České republice

Právě akademická sféra je místem, které otevírá průmyslu dveře do světa kvantových počítačů. S ohledem na jejich technologickou, provozní a ekonomickou náročnost existuje v současnosti málo firem, které si dokáží obhájit jejich pořízení. Perfektní smysl dávají kvantové počítače tam, kde je potřeba velké množství „kreativních“ propočtů na každodenní bázi. Zejména, pokud fungují v hybridním prostředí se superpočítačem. Na některé aplikace je totiž z principu lepší „hrubá“ síla klasického počítače – typicky sběr, třídění a ukládání dat. Jestliže ale kvantové výpočty potřebujete jednorázově nebo občas, pak je ideální obrátit se na akademickou sféru, aby vám poskytla část své kvantové kapacity.

Jaké jsou vlastně typické modely nasazení kvantových počítačů v byznysu nebo průmyslu?

Modelování předpovědi počasí. Zpracování enormního množství proměnných v reálném čase je přesně to, co kvantové systémy umí skvěle.
Automotive. Simulace aerodynamiky, nárazových testů, opotřebování, resp. stárnutí materiálů šetří významně čas a prostředky.
Materiálové inženýrství. Při vývoji nových materiálů umí kvantové počítače simulovat vlastnosti až na úroveň atomů.
Logistika a dodavatelské řetězce. Optimalizace procesů, do kterých vstupují lidé a nahodilé vnější vlivy (např. dopravní situace, počasí), je ideální úkol pro aplikace kvantového aproximativního optimalizačního algoritmu.
Farmacie. Usnadňují vývoj nových léků díky schopnostem modelovat složité molekulární struktury a jejich chování v organismu.

Stejně jako u jiných přelomových technologií musíme u kvantových systémů pár let počkat, až si najdou cestu z akademického světa do každodenní reálné praxe. Už teď ale víme, že v průmyslu dávají velký smysl. Jejich užití je sice specifické, ale v kombinaci se superpočítači představuje cestu, jak řešit problémy, které byly doposud neřešitelné. Nebo o kterých jsme ještě ani nevěděli, že existují.