Polscy naukowcy poprowadzą badania na symulatorach kwantowych wykorzystując rozwiązania AWS

Quantin Research Group z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN oraz zespół Wydziału Cybernetyki Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie rozpoczęły projekty badawcze z wykorzystaniem Amazon Braket – usług obliczeń kwantowych dostępnych w chmurze w ramach programu AWS Cloud Credit for Research. Naukowcy będą tworzyć, testować i przeprowadzać eksperymenty na symulatorach obliczeń kwantowych m.in. w badaniach szumu pomiarowego oraz zabezpieczeń kryptograficznych.

Jak wynika z raportu McKinsey, obecna wartość rynku obliczeń kwantowych wynosi 80 mld USD. Natomiast tylko w 2021 roku wielkość ogłoszonych inwestycji w startupy zajmujące się komputerami kwantowymi przekroczyła 1,7 mld USD. To ponad dwukrotnie więcej niż w 2020 roku. Najwięcej środków na rozwój technologii kwantowych przeznaczają na świecie Chiny (15 mld USD) i kraje Unii Europejskiej (7,2 mld USD, z czego Niemcy 42% tej kwoty).

Obecnie trwają prace nad wieloma platformami sprzętowymi do obliczeń kwantowych. Najważniejszą kwestią – kamieniem milowym w tej technologii – będzie osiągnięcie pełnej korekcji błędów i odporności na nie w obliczeniach kwantowych, bez których komputer kwantowy nie może dostarczać dokładnych, matematycznie precyzyjnych wyników. Jak wskazują analitycy McKinsey, pięciu producentów ogłosiło już plany wprowadzenia odpornego na wspomniane błędy sprzętu do obliczeń kwantowych do 2030 roku.

Przypomnijmy, że komputery kwantowe to systemy działające w oparciu o fizykę kwantową. W przeciwieństwie do zwykłych komputerów operujących na bitach i mogących przyjmować wartość 0 albo 1, podstawą działania komputerów kwantowych są kubity (bity kwantowe) przyjmujące tzw. superpozycję, w której 0 i 1 występują w tym samym czasie. Naukowcy wskazują, że systemy te będą w stanie rozwiązać problemy, z jakimi nie radzą sobie tradycyjne komputery. Ponadto znajdą zastosowanie m.in. w cyberbezpieczeństwie, diagnostyce medycznej, na rynkach finansowych czy w branżach takich, jak choćby automotive czy w sektorach farmaceutycznym i chemicznym.

Wsparcie dla dwóch zespołów polskich naukowców

AWS, za pośrednictwem programu AWS Cloud Credit for Research, wspiera naukowców, którzy chcą wykorzystać usługi, oprogramowanie i narzędzia hostowane w chmurze. Jednak wsparcie kredytowe obejmuje też obliczenia kwantowe i tych przedstawicieli nauki, którzy chcą wykorzystać najnowocześniejszy sprzęt oraz symulatory kwantowe. Niedawno dwie polskie grupy badawcze otrzymały kredyty w ramach wspomnianego programu.

Pierwsze z nich przypadły zespołowi z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. Quantin Research Group prof. Michała Oszmańca zajmuje się zarówno teoretycznymi, jak i stosowanymi aspektami obliczeń kwantowych, realizując szereg badań naukowych w zakresie charakteryzacji i łagodzenia błędów w krótkoterminowych komputerach kwantowych. Przy wykorzystaniu wsparcia AWS, prace zespołu skoncentrują się obecnie na wydajnych obliczeniowo metodach badania i łagodzenia skutków szumu i przesłuchu podczas procesu pomiarowego w kubitach nadprzewodzących. Szum pomiarowy jest bowiem jednym z głównych źródeł błędów dostępnych obecnie urządzeń kwantowych. A poprawa jakości pomiarów odgrywa istotną rolę w praktycznych zastosowaniach komputerów kwantowych.

Drugi zespół, który będzie mógł wykorzystać rozwiązania AWS, działa na Wydziale Cybernetyki Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie, a kierowany jest przez dr. Krzysztofa Kanciaka. Tworzący go naukowcy zajmujący się zastosowaniami komputerów kwantowych do zabezpieczenia kryptograficznego powszechnych szyfrów. Wykorzystując kredyty AWS CCR, zamierzają oni wdrożyć podejście oparte na algorytmie Grovera i przy jego pomocy znaleźć tajny klucz na sprzęcie kwantowym dostępnym za pośrednictwem Amazon Braket.

Oba projekty mają przyczynić się do lepszego zrozumienia technologii obliczeń kwantowych i jej zastosowań w świecie akademickim oraz biznesowym. Dodajmy, że są one częścią stałego wsparcia AWS – ukierunkowanych i niezależnych badań w dziedzinie obliczeń kwantowych na całym świecie. Według zapowiedzi przedstawicieli firmy, w I kwartale 2022 roku zapewni ona dostęp do pierwszej publicznie dostępnej jednostki przetwarzania kwantowego (QPU) z Oxford Quantum Circuits (OQC) i rozszerzy dostępność tej usługi w Europie.