Kvantinės technologijos (KT) – vis didesnį pagreitį įgaunanti sritis, kurios svarba ir reikšmė ateityje tik didės. Praėjusių metų pabaigoje įkurtos Lietuvos kvantinių technologijų asociacijos (LKTA) steigėjai tikina, kad Lietuva jau dabar turi ruoštis, mokytis ir visapusiškai vystyti kompetencijas šioje srityje. Kuo anksčiau sugebėsime įšokti į jau įsibėgėjantį KT traukinį, tuo būsime konkurencingesni ir labiau pasirengę galimiems iššūkiams bei atsiveriančioms galimybėms.
Įvertinę augantį KT aktualumą pasauliniu mastu, Lietuvos kvantinių technologijų asociaciją pernai lapkritį įsteigė Vilniaus universitetas (Matematikos ir informatikos bei Fizikos fakultetai), Fizinių ir technologijos mokslų centras (FTMC) ir informacinių technologijų bendrovė „Novian Technologies“. Asociacija siekia sujungti mokslo ir verslo organizacijas bei valstybines institucijas, norinčias vystyti KT bei prisidėti prie šalies pažangos šioje srityje. Kitaip tariant, kartu kurti šios srities ekosistemą.
Revoliucinga technologija
Pasak LKTA prezidento ir „Novian Technologies“ vadovo Gyčio Umanto, kvantinių technologijų potencialą jau seniai įžvelgė Kinija ir JAV, šioje srityje siekia neatsilikti ir Europa. Neatsitiktinai Europos Komisija yra išskyrusi KT kaip vieną iš keturių technologijų kartu su dirbtiniu intelektu (DI), puslaidininkiais ir biotechnologijomis, – jas komisija įvardijo kaip kritiškai svarbias Europos Sąjungos ekonomikos saugumui.
Pernai gruodį paskelbta KT svarbą ES moksliniam ir pramoniniam konkurencingumui įtvirtinanti deklaracija, kurią kovo pirmoje pusėje jau buvo pasirašiusios 18 Europos Sąjungos (ES) šalių.
„Lietuva kartu su kitomis ES šalimis taip pat turi būti pasirengusi bendradarbiauti kuriant pasaulinio lygio KT ekosistemą visoje Europoje. Svarbu suvokti, kad mes, kaip valstybė privalome būti aktyvūs šioje srityje, mokytis, bendradarbiauti ir tinkamai pasiruošti gimstančioms šios srities iniciatyvoms, projektams bei realių produktų kūrimui“, – sakė G. Umantas.
- ES skaitmeninio dešimtmečio strategija siekiama, kad iki 2025 m. Europa turėtų pirmąjį superkompiuterį su kvantiniu pagreičiu ir taip būtų sudarytos sąlygos iki 2030 m. pirmauti kvantinių pajėgumų srityje.
- Į Europos lustų aktą taip pat įtrauktos priemonės, kuriomis siekiama skatinti nebrangią, didelės apimties kvantinių lustų gamybą ES, kad jie galėtų naudoti įvairius novatoriškus kvantinius prietaisus. Šaltinis: Europos Komisija, „Quantum“.
Jau kurį laiką kvantinių technologijų srityje aktyviai veikia ir mūsų kaimynai – Latvija, Lenkija. Praėjusiais metais Latvijos KT mokslo bendruomenės, verslo ir valstybės atstovai pasirašė memorandumą dėl bendradarbiavimo plėtojant kvantines technologijas.
Į Lenkiją šiais metais atkeliauja pagautų jonų (angl. trapped-ions) technologija paremtas apie 30 kvantinių bitų (kubitų) kvantinis kompiuteris. Tai – pirmasis iš šešių kvantinių kompiuterių, diegiamas pagal 2023 m. birželio Europos didelio našumo skaičiavimų bendrą susitarimą (angl. EuroHPC JU, angl. The European High Performance Computing Joint Undertaking). Juo siekiama įgalinti Europos vartotojus tirti ir naudoti kvantines technologijas sujungtas su jau egzistuojančiais pažangiausiais klasikiniais superkompiuteriais. Kitus kvantinius kompiuterius planuojama įdiegti Vokietijoje, Italijoje, Prancūzijoje, Ispanijoje ir Čekijoje.
„Lietuvos potencialą kvantinių technologijų plėtros srityje pirmiausia matome aktyviame verslo ir mokslo bendradarbiavime. Svarbu kuo anksčiau suformuluoti poreikį, kuo kvantinės technologijos gali konkrečiai prisidėti prie verslo konkurencingumo didinimo, kokių reikia šios srities sprendimų jau dabar, kokių reikės ateityje“, – sakė G. Umantas.
Pasak jo, Lietuvoje yra nemažai sėkmingų verslo ir mokslo bendradarbiavimo pavyzdžių biotechnologijų, lazerių, fotonikos srityje. „Turime puikių patirčių, kurios gali būti pakartotos ir verslui bei mokslui kartu vystant kvantinių technologijų inovacijas“, – sakė G. Umantas.
Ypač aktualu kibernetiniam saugumui
Pasak LKTA viceprezidento, VU atstovaujančio dr. Remigijaus Paulavičiaus, galima sakyti, kad šiuo metu pasaulyje vyksta antroji kvantinių technologijų revoliucija.
„Šia tema pradėta kalbėti dar maždaug XX a. pradžioje, kuomet mokslininkai, siekdami paaiškinti stebimus reiškinius atominiame pasaulyje, atrado kvantinę mechaniką. Tai ilgainiui leido sukurti pagrindines technologijas kompiuteriams, telekomunikacijoms, išmaniesiems telefonams, medicinos diagnostikai, taip pat lustus, lazerius”, – pasakojo R. Paulavičius.
Jo teigimu, pastaraisiais metais kuriamos naujos kartos technologijos ir sistemos, pasitelkiančios tokius reiškinius kaip kvantinė būsenų superpozicija, sudaro galimybes pažangai kompiuterijos, jutiklių, metrologijos ir kriptografijos ir kitose srityse.
„Svarbu pabrėžti, kad šiandien kvantinės technologijos tampa aktualios kibernetinio saugumo srityje, ypač kalbant apie jautrių duomenų šifravimą“, – sakė R. Paulavičius. Tai lemia ir tai, kad kvantinėje srityje aktyviai dirba įvairių interesų turinčios pasaulio šalys, kurios tikslams pasiekti nevengia pasitelkti ir kibernetinių priemonių.
Nors šiandien sunku pasakyti, kiek metų joms prireiks išvystyti pažangų kvantinį kompiuterį, tačiau jį turint, dabar naudojami duomenų kriptografijos būdai taptų pažeidžiami, tad užšifruotų duomenų saugumu reikia rūpintis jau šiandien. Vienas iš būdų tai padaryti – pradėti taikyti postkvantinę kriptografiją arba kvantiniu ryšiu pagrįstas technologijas.
„Dėl to duomenų saugos klausimas yra itin aktualus, o valstybiniu lygiu kuriamos šios srities gairės galėtų būti rimtas postūmis siekiant išvengti galimų iššūkių“, – pabrėžė asociacijos viceprezidentas.
Kvantiniai jutikliai – viena iš labiausiai pažengusių KT sričių
Bene didžiausia pažanga, kalbant apie KT, šiuo metu yra pasiekta kvantinių jutiklių srityje. Pasak asociacijos vadovo dr. Tado Paulausko, yra keletas pažengusių kvantinių jutiklių platformų.
Pavyzdžiui, jau dabar, aptinkant itin silpnus signalus, magnetinio ir gravitacinio lauko kvantiniai jutikliai yra žymiai pranašesni už klasikinius įrenginius. Tai atveria naujas taikymo galimybes įvairiose srityse, tokiose kaip biotechnologijos, navigacija ekstremaliomis sąlygomis, pažangūs radarai gynybos pramonėje, požeminių ar povandeninių anomalijų aptikimas.
„Raumenų skaidulos, širdis, neuronai – jie visi generuoja magnetinį lauką, kuris, nors ir palyginti silpnas, gali prasiskverbti pro įvairias medžiagas didesniu atstumu nei elektriniai signalai. Naujos kartos kompaktiškos kvantinių jutiklių matricos leis pakeisti kai kuriuos itin masyvius ir brangius magnetinio rezonanso principu veikiančius įrenginius, pavyzdžiui, atliekančius magnetoencefalografiją (MEG). Tai ne tik pagerins šios diagnostikos savybes, bet ir suteiks prieinamumą didesnei visuomenės daliai“, – pasakojo T. Paulauskas.
Leidžia atlikti itin sudėtingus skaičiavimus
Viena iš daugiausiai žadančių KT sričių, pasak T. Paulausko, yra kvantinė kompiuterija. Didelio našumo skaičiavimo įrenginiai (HPC) yra ypatingai svarbūs daugybėje sričių – kuriant dirbtinio intelekto modelius, farmacijoje, finansuose, logistikoje, fundamentiniuose tyrimuose ar meteorologijoje.
Ribotos skaičiavimų galimybės šiuo metu iš esmės apriboja technologinio progreso spartą. Kvantiniai kompiuteriai atveria naujas galimybes atlikti skaičiavimus, kurie su klasikiniais HPC neįmanomi, arba tam gali prireikti mėnesių ar metų.
„Vienas pavyzdys, kur pažangūs kvantiniai kompiuteriai galėtų pasitarnauti, yra pramoninė amonio gamyba. Amonis yra pagrindinis trąšų ingredientas žemės ūkyje. Jo gamyboje naudojamas Haber-Bošo procesas reikalauja itin daug energijos sąnaudų ir prisideda prie šiltnamio efekto. Kvantinės kompiuterijos taikymas galėtų optimizuoti šį procesą ir ženkliai prisidėti prie pramonės poreikių“, – pasakojo asociacijos vadovas.
Pasak dr. R. Paulavičiaus, kvantinių algoritmų vystymas taip pat aktualus finansų srityje optimizuojant investicinius portfelius, įvairioms prognozėms ir simuliacijoms. Artimuoju laikotarpiu, vadinamojoje triukšmingų kvantinių kompiuterių eroje, algoritmai, pasitelkiantys tiek klasikinius, tiek kvantinius skaičiavimų resursus, yra realiausias būdas gauti pranašumą šioje srityje.
„Šiuo metu matome hibridinių sistemų aktualumą: HPC ir kvantinių kompiuterių. Galime pasidžiaugti, kad „Novian Technologies“ specialistai HPC srityje jau turi nemažai patirties, kuri, be abejo, pravers ir plėtojant kvantinę kompiuteriją“, – sakė G. Umantas.
Bendradarbiaujama įvairiose srityse
Pasak asociacijos vadovo dr. Tado Paulausko, Lietuvoje šiuo metu įsibėgėja nemažai KT iniciatyvų. „Matome, kad Vilniaus universiteto ir FTMC mokslininkai aktyviai dirba technologinėse ir teorinėse KT srityse – kvantinės atminties, jutiklių, ryšių, kvantinių algoritmų vystyme“, – pasakojo T. Paulauskas.
Taip pat aktyviai dalyvaujame ES kvantinių technologijų vystymo organizacijose, tokiose kaip Kvantinės bendruomenės tinklas (angl. Quantum Community Network) ir ES kvantinės pramonės konsorciumas (angl. EU Quantum Industry Consortium), kurios jungia pagrindinius žaidėjus ir prisideda prie Europos Komisijos inicijuojamų programų šiose srityje“, – pasakojo asociacijos vadovas.
Pasak jo, žvelgiant į perspektyvą, svarbu turėti trumpalaikius ir ilgalaikius KT plėtros planus – pradedant talentų ugdymu, tarpinstitucinio bendradarbiavimo ir startuolių skatinimu šalyje ir baigiant įrenginių bei KT komponentų gamyba bei jų taikymu visuomenei aktualiose srityse.
„Norint įsėsti į kvantinių technologijų traukinį, Lietuvai nebūtina kurti savo kvantinio kompiuterio, tačiau reikia turėti prieigą prie jo ir išmokti naudotis jo suteikiamu pranašumu. Taip pat – įsitraukti į diskursą ir bendradarbiauti su tarptautine bendruomene KT klausimais: nuo kvantinės kompiuterijos iki saugių kvantinių ryšių“, – sakė asociacijos vadovas.
Straipsnis parengtas kartu su Lietuvos kvantinių technologijų asociacija.
Šaltinis – projektas vz.lt.
