Kvantové výpočty: Velký potenciál do budoucna pro průmysl

Roadmap kvantových počítačů německé vlády stanovila cíl, že Německo ve spolupráci s evropskými partnery musí být schopno do deseti let postavit a provozovat funkční kvantový počítač. To ukazuje, jaký potenciál tato technologie má a jak je důležitá pro ekonomiku a vědu. Kvantové počítače dokážou řešit vysoce složité úkoly a být nápomocné v nesčetných oblastech: »Kvantové počítače jsou považovány za slibnou průlomovou inovaci pro strojové učení a umělou inteligenci«, říká Olga Meyer z Kompetenzzentrum DigITools, která vede projekt SEQUOIA za Fraunhofer IPA. »Kvantové počítače mohou velmi rychle analyzovat obrovské, složité datové soubory. Potenciál tohoto spojení by se již za několik let mohl projevit v mnoha odvětvích ekonomik – například medicíně, logistice, energetice, finančnictví a pojišťovnictví – urychlit stávající aplikační případy a umožnit úplně nové.«

Plánování procesů a optimalizace zdrojů ve výrobě by mohly být lépe řízeny, roboty by mohly provádět jemnější pohyby a bezpilotní dopravní prostředky by mohly být v logistice využívány efektivněji. V soutěži s jinými zeměmi by tak Německo mohlo získat na významu jako průkopnický technologický region. Projektové konsorcium kolem vedoucího Fraunhofer-Institutu für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO nyní v projektu SEQUOIA dále zkoumá a rozvíjí potenciál, aby bylo možné kvantové výpočty využít v průmyslu. Zkratka názvu projektu představuje software engineering průmyslových hybridních kvantových aplikací a algoritmů.

Identifikovat potřeby, aby bylo možné ekonomické využití

Hlavní cíle projektu SEQUOIA jsou výzkum, vývoj a testování nových metod, nástrojů a přístupů pro kvantové výpočty, aby bylo možné jejich co nejlepší využití v budoucnu. »Kvantový počítač však nenahradí běžné počítače«, říká Meyer. »Klíčem k optimálnímu využití může být takzvaná hybridizace, při níž jsou používány jak konvenční počítače, tak kvantové systémy. Oba mají své hranice, ale s hybridizací je možné je překonat. Přesně to je třeba v projektu prakticky zkoumat.«

V projektu SEQUOIA jsou proto zvláštní důraz kladen na následující tři oblasti:

- Vytvoření centra pro kvantové výpočty
Vyvíjejí se zde demonstrativní aplikace a algoritmy například pro oblasti výroby, vývoje, průmyslové robotiky a logistiky, energetiky, financí, mobility a zdravotnictví.
- Vývoj komponentového stavebnice
Jak může vypadat spolupráce mezi konvenčními systémy a kvantovými počítači? Poskytování softwarových komponent pro hybridní kvantové aplikace a algoritmy by mohlo tuto otázku vyřešit.
- Vývoj modelu SEQUOIA pro softwarové inženýrství kvantových systémů
Jak vypadá životní cyklus softwaru pro hybridní kvantové aplikace? Jaké jsou procesy a osvědčené postupy pro vývoj, testování a provoz?

Základem projektu je hardware „Q System One“ od IBM a další kvantové počítače dostupné přes cloud. Kompetenční centrum pro kvantové výpočty Fraunhofer Baden-Württemberg společně s Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF v Freiburgu vytváří základy pro aplikací orientovaný výzkum na další generaci výkonných počítačů. Patří sem technické rámce, aplikační know-how pro technologie IBM, vlastní skupiny pro simulace a vývoj softwaru, stejně jako vhodné školící nabídky a prostory.

„Projekt má za cíl vytvořit potřebné porozumění, charakterizovat aplikační pole, systematicky hodnotit potenciály a individuálně přizpůsobit řešení. Chceme také přispět k tomu, aby se Bádensko-Württembersko etablovalo jako místo výzkumu a vývoje v oblasti kvantových počítačů,“ říká Falko Kötter, vedoucí projektu a vědec v Fraunhofer IAO.

Informační akce „Kvantové počítače“ – od výzkumu k podnikání

Na zahajovací akci projektu 2. března 2021 získají účastníci informace o tom, jaké potenciály nabízí kvantové výpočty a jak mohou firmy aktivně přispět k jejich rozvoji v rámci projektu SEQUOIA. Budou schopni přenést aplikační oblasti a možnosti využití do svých vlastních podniků a budou mít možnost spoluvytvářet vývojové směry technologie. Dále budou informováni o dalších školeních a sítích, které mají propojit zájemce o kvantové výpočty a umožnit jim výměnu zkušeností.

Ministerstvo hospodářství, práce a bydlení Bádenska-Württemberska financuje projekt SEQUOIA a dalších pět výzkumných projektů v rámci Fraunhofer-Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg částkou 19 milionů eur.

Partnery projektu jsou kromě Fraunhofer IPA také Fraunhofer IAO, Fraunhofer IAF, univerzity Stuttgart a Tübingen, FZI Forschungszentrum Informatik a aktéři z průmyslu. Přidružení partneři a další mnohostranní aktéři, například svazy jako Bitkom, zajišťují úspěšný transfer do průmyslu a vědy.