rozmowa

Jednorazowa dotacja 
nie rozwiąże sprawy

Banaszek: Sytuacja polskich kwantów jest analogiczna do problemów polskiej AI – zbudowano silny sektor niejako wbrew systemowi

Dużo słyszymy o tym, że technologie kwantowe mogą się okazać przełomem. Czy tak jest rzeczywiście? Dziś da się je już do czegoś wykorzystać?

Zależy, o którym zastosowaniu myślimy. Poza wciąż żywymi i przynoszącymi kolejne odkrycia badaniami podstawowymi można obecnie w technologiach kwantowych wyodrębnić cztery zasadnicze kierunki prac badawczo-rozwojowych. Pierwszym z nich są komputery kwantowe, które dziś przyciągają najwięcej uwagi. Natomiast prawda jest taka, że użyteczne mogą się stać dopiero w przyszłości, dostępne dziś urządzenia da się wykorzystywać w zasadzie wyłącznie do działalności naukowej.

Drugi obszar to symulatory kwantowe. Używa się w nich jednego układu kwantowego o dobrze określonych własnościach do symulowania zachowania innego, którego nie jesteśmy w stanie tak dobrze kontrolować. Takie urządzenia już istnieją. Wydaje się, że najbardziej dojrzały temat stanowi obecnie obszar trzeci, czyli łączność kwantowa.

Co to oznacza?

W tej chwili już można kupić np. kwantowe generatory liczb losowych. To są urządzenia, które produkują losowość w taki sposób, że naprawdę nikt nie jest w stanie przewidzieć, jaki ciąg bitów zostanie wyprodukowany. W przypadku klasycznych komputerów używa się algorytmów generujących liczby pseudolosowe – to znaczy, że jeżeli ktoś zna program i wie, jakimi danymi został on na początku nakarmiony, to będzie mógł dokładnie przewidzieć efekt końcowy jego działania. To jest niemożliwe, kiedy zastosujemy generator, który na poziomie sprzętowym wykorzystuje mechanikę kwantową.

Jak to dokładnie działa?

Jeden z pomysłów jest taki, aby skierować słabe impulsy światła na półprzepuszczalną płytkę. Chodzi o to, by udało nam się rejestrować zachowanie poszczególnych fotonów. Płytka będzie średnio połowę odbijała, a połowę przepuszczała, ale nigdy nie wiemy, który z fotonów jak się zachowa. Rejestrują to detektory: jeśli do jednego trafi foton odbity, maszyna zapisuje „0”, a jeśli do drugiego trafi przepuszczony – „1”. W ten sposób powstaje absolutnie losowy ciąg znaków.

Tylko co to ma wspólnego z łącznością?

W cyberbezpieczeństwie potrzebujemy bardzo silnych haseł. Ciąg znaków wygenerowany przez takie urządzenie jest faktycznie losowy, nikt go nie przewidzi. To daje przewagę choćby w zarządzaniu i użytkowaniu sieci teleinformatycznych. Drugie ciekawe zastosowanie to dystrybucja kluczy kryptograficznych służących do szyfrowania transmisji danych. Można kupić już pierwsze urządzenia, które dostarczają takich kluczy.

A czwarty obszar?

To sensory i metrologia kwantowa. Dzięki zasadom mechaniki kwantowej możemy np. mierzyć pole magnetyczne w sposób niezwykle czuły i stosunkowo prosty. O ile w przypadku komputerów kwantowych potrzebujemy tysięcy współpracujących układów kwantowych, które muszą działać stabilnie, bez zakłóceń (a to ogromne wyzwanie), o tyle w sensorach kwantowych wystarczą pojedyncze układy. Jeśli nauczymy się nad nimi panować, otworzy się przed nami ogromny potencjał zastosowań, od diagnostyki medycznej po zaawansowane pomiary w nauce i technologii.

Poproszę o przykład.

Mamy np. kwantowe grawimetry służące do bardzo czułych pomiarów pola grawitacyjnego. Dzięki nim jesteśmy w stanie się dowiedzieć, co jest pod ziemią – np. czy leży tam zakopana rura albo czy otwiera się jakaś pusta przestrzeń. Upowszechnienie tej technologii byłoby przełomem choćby w rekultywacji terenów poprzemysłowych, kolejny inwestor mógłby łatwo sprawdzić, czy nie kryją się gdzieś dla niego niespodzianki.

Albo z innej branży – takie czujniki pozwoliłyby nam zobaczyć, czy do Zatoki Gdańskiej nie wpływa niezapowiedziana łódź podwodna. Tego typu zastosowania są dużo bliżej niż zbudowanie użytecznego komputera kwantowego.

To dlaczego mówi się przeważnie o komputerach?

Bo to działa na wyobraźnię. Z komputerem kwantowym można sobie zrobić zdjęcie, potrafi być bardzo spektakularny – wygląda jak złoty żyrandol. Jako kraj musimy mierzyć siły na zamiary. Budowa komputera kwantowego kosztuje miliardy dolarów rocznie i wymaga bardzo szerokiego spektrum kompetencji, a praktyczny efekt nadal pozostaje odległy. Mamy jednak dokonania, np. w zakresie elektroniki sterującej, aby z korzyścią brać udział jako partner w tego typu przedsięwzięciach.

Oczywiście praca nad tym rozwiązaniem jest bardzo ważna. Kariera komputerów kwantowych rozpoczęła się tak naprawdę od algorytmu Shora, ochrzczonego od nazwiska badacza, który udowodnił, że jeżeli ktoś zbuduje działający komputer kwantowy, to będzie w stanie złamać wiele z szyfrów, używanych przez nas na co dzień. To poważne zagrożenie – można się obawiać, że nieprzyjazne nam mocarstwa przechwycą już teraz przesyłane dane, i kiedy zbudują komputer kwantowy, będą w stanie je odszyfrować.

W których obszarach jesteśmy mocni?

Jesteśmy bardzo mocni w algorytmach i oprogramowaniu kwantowym. Druga nasza specjalność to metrologia i sensory kwantowe – należy tu wymienić Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, dzięki któremu jesteśmy jednym z kilku krajów na świecie posiadających działający optyczny zegar atomowy. Na Uniwersytecie Jagiellońskim mamy zespoły, które prowadzą przełomowe badania nad sensorami kwantowymi.

Na UW rozwijane są sensory kwantowe oparte na tzw. atomach rydbergowskich, symulatory kwantowe i komunikacja kwantowa.

Czego więc potrzeba, żeby ten sektor się rozwijał?

Potrzeba strategicznego wsparcia sektora na poziomie rządowym. Nie utrzymamy się w światowej czołówce, konkurując z krajami, które systemowo zapewniają zaplecze w postaci grantów dla uczelni, dotacji dla firm czy zamówień publicznych. W Polsce na pewno potrzeba zachęt dla studentów, żeby wybierali kierunki studiów z dziedzin inżynieryjnych czy technologicznych. Równie ważna rzecz to pieniądze na programy badawcze zaprojektowane tak, by naukowcy mieli perspektywę rozwijania tych badań w perspektywie dłuższej niż trzyletnia, oczywiście z weryfikacją efektów co parę lat.

Słyszę wezwanie o wieloletni program badawczy.

Tak, ale jak na razie to wołanie na puszczy.

Gdzieś na świecie się to udało?

W Wielkiej Brytanii, którą można wziąć za wzór, już od ponad 10 lat jest konsekwentnie rozwijany narodowy program kwantowy. Stany Zjednoczone przyjęły National Quantum Initiative Act, uchwalony za pierwszej kadencji Trumpa, a głosowali za nim zarówno demokraci, jak i republikanie. Bardzo dobrze radzi sobie Singapur, który już wkrótce wystrzeli satelity testujące bezpieczną łączność kwantową. Z grantów NCN polskiego satelity kwantowego się nie zbuduje. Warto wspomnieć, że NCN w ramach otrzymywanych środków wspiera polskich naukowców jak może, koordynując program QuantERA, który finansuje współpracę europejską w obszarze technologii kwantowych.

Czyli jesteśmy skazani tutaj na takie dłubanie małych rzeczy?

Bardzo dobre określenie. Niestety tak to wygląda, że państwo samo skazuje polskie kwanty na margines. Szczególnie boli to, że państwowe środki są przekazywane na różne programy pielęgnujące innowacje z czasów neolitycznych, a rozpoznanie potrzeb epoki rewolucji cyfrowej idzie znacznie gorzej.

Temat technologii kwantowych pojawia się w strategii cyfryzacji.

Tam jest bardzo mało punktów dotyczących rozwoju technologii kwantowych, a wśród nich znalazłem też zdumiewające sformułowanie o zapewnieniu dostępu do know-how i infrastruktury kwantowej ośrodkom akademickim i biznesowi. Jest to nieporozumienie, ponieważ polskie środowisko akademickie znakomicie wie, co to są technologie kwantowe, chociażby dlatego, że tworzyło ich podstawy przez ostatnie 30 lat. Tutaj nie trzeba upowszechniać know-how, tylko zastanowić się, jak wykorzystać nasz krajowy potencjał, żeby stać się graczem w skali globalnej. Nasze instytucje posiadają także unikalną infrastrukturę kwantową, jak wspomniany wcześniej optyczny zegar atomowy, na utrzymanie której nie mogą nawet uzyskać stabilnego finansowania z MNiSW.

Nie proponuję, abyśmy budowali w Polsce własny komputer kwantowy od zera, bo to jest gigantyczne i bardzo ryzykowne przedsięwzięcie, ale dobrze znamy obszary technologii kwantowych, w których jesteśmy mocni, i to na nich się skupmy. Potrzeba tu jednak jasnej strategii i priorytetów – co dokładnie chcemy rozwijać i na co wydawać pieniądze.

Brzmi pan jak prof. Sankowski, do niedawna lider IDEAS NCBR. On też mówi: nie zrobimy wielkiego modelu językowego, ale sprawdźmy, w jakich dziedzinach AI jesteśmy mocni, i rozwijajmy je.

Sytuacja polskich kwantów jest analogiczna do problemów polskiej AI, czyli zbudowano silny sektor niejako wbrew systemowi, dzięki entuzjazmowi, wytrwałości i patriotyzmowi polskich naukowców, ale państwo nie zapewnia odpowiedniego napędu i tkwimy w pułapce gospodarki peryferyjnej, adaptującej, a nie tworzącej technologie. Możemy tworzyć własne rozwiązania kwantowe w wielu dziedzinach i na nich zarabiać, ale obawiam się, że jak zwykle będziemy importować. Aby tym razem tego uniknąć, potrzebny jest nam kompleksowy wieloletni program kwantowy.

Ale na razie go nie widać.

Choć przedstawialiśmy problem w Ministerstwie Nauki i Szkolnictwa Wyższego, na razie nie widzę na horyzoncie planów podjęcia żadnych konkretnych działań, pomimo że np. w obszarze biotechnologii medycznej działa Wirtualny Instytut Badawczy z budżetem 450 mln zł. Już taka kwota przeznaczona na polskie kwanty dałaby nowe możliwości. Oczywiście znacznie lepszym rozwiązaniem byłoby ustanowienie wieloletniego programu rządowego. Nie wiem, co jeszcze możemy zrobić jako środowisko, aby nie stracić obecnej szansy. Może rozpętać jakąś aferę w mediach społecznościowych. Tyle że tym razem wyzwanie dla decydentów nie polega na przyznaniu jednorazowej dotacji. ©℗

Rozmawiała Anna Wittenberg

Anna Wittenberg