Polska strategia kwantowa – diabeł tkwi w szczegółach

Ministerstwo Cyfryzacji ogłosiło właśnie założenia krajowej polityki rozwoju technologii kwantowych. Z niepokojem odnotowaliśmy tam zapis o zakupie dalece niedoskonałych urządzeń określanych roboczo-marketingową nazwą „komputerów kwantowych”. Brak jednoznacznego wskazania akcentów, a zwłaszcza proporcji budżetu dla poszczególnych obszarów Polityki, może rodzić obawę, że finansowanie właśnie tego segmentu może zdominować całą strategię.

Komputery kwantowe – fakty i mity

Wiesław Laskowski

W debacie publicznej często pojawiają doniesienia o zdolności komputerów kwantowych do łamania wszystkich szyfrów. W istocie, choć do takiego właśnie wniosku doprowadziły badania teoretyczne, odbyło się to przy założeniu zbliżonego do ideału działania urządzeń o funkcjonalności uniwersalnego programowalnego komputera kwantowego oraz przy właściwym dorozumieniu przymiotnika „wszystkich”. Innymi słowy, powyższe będzie możliwe dopiero wtedy, gdy przyszłe komputery kwantowe będą potrafiły efektywnie wykonywać np. algorytm Shora, czyli rozkładać na czynniki pierwsze duże liczby całkowite. Takich komputerów ludzkość obecnie nie posiada i jeszcze długo mieć nie będzie.

Obecnie dostępne systemy to tzw. urządzenia NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum). Są to prototypy obarczone wysokim poziomem błędów, dalekie od miana uniwersalnych komputerów kwantowych. Nie nadają się ani do łamania szyfrów, ani do „badania mózgu”, jak czasem się słyszy. Urządzenia NISQ zdecydowanie bardziej są i długo będą poligonem eksperymentalnym, aniżeli narzędziem codziennego użytku. Część z nich to w zasadzie kwantowe symulatory o ograniczonych, ściśle ukierunkowanych zastosowaniach. A wręcz część da nam głównie wiedzę o tym, dlaczego same źle działają. Jedno i drugie to kwestie naukowo ważne. Oznacza to jednak, że omawiane urządzenia nie mogą ani w chwili obecnej, ani jutro stać się elementem certyfikowanej infrastruktury.

Strategia państwa – wspólna odpowiedzialność

Łukasz Rudnicki

Właśnie dlatego, aby skutecznie rozwijać kwantowe technologie w Polsce, potrzebna jest koordynacja pomiędzy wspomnianym na wstępie Ministerstwem Cyfryzacji, m.in. odpowiedzialnym za rzeczoną certyfikowaną infrastrukturę przetwarzania informacji, a Ministerstwem Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Nie tylko na etapie realizacji strategii, ale również na etapie jej tworzenia. Tylko współdziałanie tych dwóch resortów zapewni równowagę pomiędzy badaniami podstawowymi a wdrażaniem technologii. Nauka pełni tu rolę fundamentalną – to ona kształci kadry zdolne wymyślać rozwiązania, których nie znajdziemy w katalogu żadnego producenta. A gdy przedstawiciele takich kadr podejmą współpracę z przemysłem, mogą tworzyć innowacje i wynalazki, które wyniosą polską gospodarkę na wyższy poziom. W założeniach przyszłej strategii niestety nie odnajdujemy znamion takiej jakże istotnej koordynacji.

Ryzyko zaniechania

Marek Żukowski

Ponadto historia uczy, że brak finansowania może zablokować przełomowe odkrycia. W latach 90. XX w. w Polsce dobrze rozumiano, jak przeprowadzić teleportację kwantową, jeden z fundamentalnych eksperymentów w dziedzinie kwantowej informacji, za który (między innymi) Anton Zeilinger otrzymał w 2022 roku Nagrodę Nobla. Niestety kompletny brak środków czynił w tamtych czasach realizację tego pokroju eksperymentów w naszym kraju zupełnie niewyobrażalną. Czy na pewno ponownie chcemy zrezygnować z podobnych ambicji, alokując znaczne środki na zakup dalece niedoskonałych i praktycznie nieprzydatnych urządzeń produkowanych w całości za granicą? Jednocześnie Polska może się poszczycić realnymi osiągnięciami w innych dziedzinach technologii kwantowych niż próby budowania coraz bardziej złożonych komputerów kwantowych typu NISQ. I to nie tylko na poziomie naukowym, choć te ostatnie osiągnięcia są znacznie szersze. Są też wdrożenia, np. generatorów liczb naprawdę losowych, które deklasują klasyczne metody algorytmiczne. To dowód, że potrafimy odnieść sukces. A przy tym koszt takich urządzeń to mały ułamek kosztu komputerów kwantowych NISQ.

Nasze atuty i możliwości

Od lat 90. ubiegłego wieku polskie środowiska naukowe zajmują silną i uznaną na świecie pozycję w badaniach teoretycznych na potrzeby technologii kwantowych. Nie wszystko wynaleźli „amerykańscy naukowcy”. Również u nas powstawały i powstają idee o znaczeniu fundamentalnym. Polska może wnieść dalszy, istotny wkład w rozwój kryptografii i komunikacji kwantowej, sensoryki, metrologii, a także w projektowanie i certyfikację nowych bramek oraz symulatorów kwantowych. To właśnie na tych obszarach powinniśmy koncentrować wysiłki, inwestując w tematy, w których realnie potrafimy kreować przyszłość technologii kwantowych.

Choć eksperymentalne prace nad architekturą komputerów kwantowych są bardzo cenne dla nauki, a więc jest to także droga, którą trzeba podążać, należy przy tym pamiętać, że cel, jakim są uniwersalne komputery kwantowe działające jak należy, jest wciąż bardzo odległy. W rozwój tej technologii zaangażowani są światowi giganci, na dorównanie którym szans już dzisiaj nie mamy. Musimy poprawnie zidentyfikować wszystkie obszary, w których Polska posiada kapitał intelektualny i technologiczny i to właśnie je rozwijać. Od tego, czy wybierzemy drogę twórców, czy konsumentów, zależy nasza przyszłość w świecie kwantowych technologii.

Autorzy są profesorami fizyki teoretycznej, specjalizują się m.in. w teorii informacji kwantowej. Marek Żukowski jest dyrektorem International Centre for Theory of Quantum Technologies (ICTQT) na Uniwersytecie Gdańskim. W tym samym centrum Łukasz Rudnicki kieruje grupą Quantum Open Systems in Relation to Quantum Optics. Wiesław Laskowski jest prorektorem ds. badań naukowych Uniwersytetu Gdańskiego oraz przewodniczącym Rady Naukowej Krajowego Centrum Informatyki Kwantowej.