Obliczenia kwantowe: Duży potencjał przyszłości dla przemysłu

Rządowa Roadmapa dotycząca obliczeń kwantowych wyznaczyła cel, aby Niemcy we współpracy z partnerami europejskimi byli w stanie w ciągu najbliższych dziesięciu lat zbudować i uruchomić funkcjonalny komputer kwantowy. To pokazuje, jak duży potencjał tkwi w tej technologii i jak ważna jest ona również dla gospodarki i nauki. Komputery kwantowe mogą rozwiązywać bardzo złożone zadania i być pomocne w niezliczonych dziedzinach: »Komputery kwantowe uważane są za obiecującą innowację przełomową dla uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji«, mówi Olga Meyer z Centrum Kompetencji DigITools, które kieruje projektem SEQUOIA po stronie Fraunhofer IPA. »Komputery kwantowe mogą bardzo szybko analizować ogromne, złożone zbiory danych. Potencjał tego połączenia może już w ciągu kilku lat wpłynąć na wiele sektorów gospodarki – na przykład medycynę, logistykę, energetykę, finanse i ubezpieczenia – przyspieszyć istniejące zastosowania i umożliwić całkowicie nowe.«

Planowanie procesów i optymalizacja zasobów w produkcji mogłyby być lepiej zorganizowane, roboty wykonywać precyzyjniejsze ruchy, a bezzałogowe pojazdy transportowe w logistyce efektywniej wykorzystywać zasoby. W konkurencji z innymi krajami Niemcy mogą zyskać jeszcze większe znaczenie jako innowacyjny ośrodek technologiczny. Konsorcjum projektowe, skupione wokół wiodącego instytutu Fraunhofer dla Gospodarki i Organizacji IAO, bada i rozwija w ramach projektu SEQUOIA potencjały, aby uczynić obliczenia kwantowe użytecznymi dla przemysłu. Akronim nazwy projektu odnosi się do inżynierii oprogramowania dla przemysłowych, hybrydowych aplikacji i algorytmów kwantowych.

Zidentyfikować potrzeby, aby umożliwić komercyjne wykorzystanie

Główne cele SEQUOIA to badanie, rozwijanie i testowanie nowych metod, narzędzi i podejść do obliczeń kwantowych, aby w przyszłości zapewnić ich optymalne wykorzystanie. »Komputer kwantowy nie czyni jednak tradycyjnych komputerów zbędnymi«, mówi Meyer. »Kluczem do optymalnego zastosowania może być tak zwana hybrydyzacja, w której wykorzystuje się zarówno konwencjonalne komputery, jak i systemy kwantowe. Oba mają swoje ograniczenia, ale dzięki hybrydyzacji można je pokonać. To właśnie zamierzamy praktycznie zbadać w projekcie.«

W projekcie SEQUOIA szczególnie skupiamy się na trzech obszarach tematycznych:

- Budowa centrum zastosowań dla obliczeń kwantowych
Opracowywane są między innymi demonstracyjne zastosowania i algorytmy dla takich dziedzin jak: produkcja, rozwój, robotyka przemysłowa i logistyka, energetyka, finanse, mobilność i opieka zdrowotna.
- Rozwój zestawu komponentów
Jak może wyglądać współpraca między tradycyjnymi systemami a komputerami kwantowymi? Udostępnienie komponentów oprogramowania dla hybrydowych aplikacji i algorytmów kwantowych może rozwiązać to pytanie.
- Opracowanie modelu SEQUOIA dla inżynierii oprogramowania kwantowego
Jak wygląda cykl życia oprogramowania dla hybrydowych aplikacji kwantowych? Jakie procesy i dobre praktyki obowiązują w zakresie rozwoju, testowania i eksploatacji?

Podstawą projektu jest sprzęt „Q System One” udostępniony przez IBM oraz inne komputery kwantowe dostępne w chmurze. Centrum Kompetencji Fraunhofer ds. Obliczeń Kwantowych Badenia-Wirtembergia, we współpracy z Fraunhofer IAF we Freiburgu, tworzy podstawy dla badań aplikacyjnych nad następną generacją superkomputerów. Do tego należą warunki techniczne, wiedza na temat technologii IBM, własne klastry symulacyjne i programistyczne, a także odpowiednie szkolenia i przestrzenie do pracy.

»Celem projektu jest wypracowanie niezbędnej wiedzy do charakteryzowania obszarów zastosowań, systematycznej oceny potencjałów oraz dostarczania rozwiązań dostosowanych do indywidualnych potrzeb. Chcemy także przyczynić się do umocnienia Badenii-Wirtembergii jako lokalizacji badań i rozwoju w dziedzinie obliczeń kwantowych«, mówi Falko Kötter, kierownik projektu i naukowiec w Fraunhofer IAO.

Informacyjne wydarzenie „Obliczenia kwantowe” – od badań do przedsiębiorstwa

Podczas inauguracji projektu 2 marca 2021 roku uczestnicy otrzymają informacje na temat potencjałów obliczeń kwantowych i tego, jak firmy mogą aktywnie uczestniczyć w realizacji projektu SEQUOIA. Będą mogli przenieść zastosowania i możliwości wykorzystania do własnego przedsiębiorstwa i zyskać umiejętność kształtowania ścieżek rozwoju tej technologii. Ponadto zostaną przedstawione kolejne szkolenia i formy networkingu, które mają na celu połączenie firm zainteresowanych tematyką obliczeń kwantowych i wymianę doświadczeń.

Ministerstwo Gospodarki, Pracy i Mieszkalnictwa Badenii-Wirtembergii finansuje projekt SEQUOIA oraz pięć innych projektów badawczych w ramach Centrum Kompetencji Fraunhofer ds. Obliczeń Kwantowych Badenia-Wirtembergia kwotą 19 milionów euro.

Partnerami projektu są oprócz Fraunhofer IPA także Fraunhofer IAO, Fraunhofer IAF, uniwersytety w Stuttgarcie i Tübingen, Centrum Badawcze Informatyki FZI oraz podmioty gospodarcze. Partnerzy stowarzyszeni i inni mnożnicy, tacy jak związki branżowe Bitkom, zapewniają skuteczny transfer technologii do przemysłu i nauki.