Česká republika se rozhodla vstoupit do éry kvantových počítačů a technologií, která se všude okolo nás už nějakou dobu poměrně rychle rozvíjí. Kvantové počítače mohou, alespoň podle současných představ, přinést revoluci do řady oblastí včetně hledání nových léků, špičkových materiálů, rozvoje energetiky, obrany nebo umělé inteligence. Značné dopady mohou mít na prolamování současných šifer. I proto se o obor zajímají armády a země jako USA omezují export těchto technologií či vstup jiných států do tamních firem.
Koncept kvantových počítačů je známý už od éry fyzika a držitele Nobelovy ceny Richarda Feynmana. Ten od roku 1959 začal rozvíjet myšlenku, že by místo klasických digitálních počítačů postavených na Turingově stroji, tedy zpracování posloupnosti jedniček a nul, šlo využít možností atomů. Ty se mohou nacházet v kombinaci více stavů zároveň, takzvané superpozici. Namísto tranzistorů, které nám dají stav buď 1, nebo 0, lze pracovat s více stavy a namísto bitů používat bity kvantové (qubity).
Qubity mohou v rámci provázání interagovat jeden s druhým, což zvyšuje počet možných interakcí. Jakmile připojíte nový qubit, množství interakcí se zdvojnásobí. Potenciál oproti běžným počítačům je tedy obrovský. To, s čím by se běžný počítač dlouze lopotil, by kvantový protějšek mohl dokázat za zlomek času. Na to se nabalují další obory jako kvantové sítě a šifrování.
„V kvantové oblasti se během několika let odehraje revoluce, která zasáhne řadu oborů,“ upozornil na nedávné konferenci Quantum Day 2024 rektor ČVUT Vojtěch Petráček.
Do oboru proto tečou značné veřejné i soukromé prostředky. Velmoci nechtějí zůstat pozadu a riskovat, že konkurenční stát vyvine stroj, který rozluští jejich tajné informace nebo získá značnou ekonomickou či vojenskou výhodu. Lék na rakovinu by změnil poměry na farmaceutickém trhu a nový ultralehký a pevný materiál třeba v produkci letadel.
Na špici výzkumu, vývoje a uvádění produktů na trh jsou obvyklí podezřelí jako USA, Čína, Jižní Korea, Japonsko, Kanada, Velká Británie, Izrael, Nizozemsko nebo Finsko. Na nejvyšších úrovních se teď probralo také Česko.
Opožděný start
„Vystartovali jsme se zpožděním, a ještě máme velký hendikep v tom, že nemáme finanční zdroje jako země nejenom okolo nás. Už nás předbíhají i Poláci,“ upozornil v rozhovoru pro Lupu vládní zmocněnec pro kvantové technologie Petr Kavalíř, který byl do funkce jmenován loni na podzim. Kavalíř se nyní věnuje sjednocení tuzemské kvantové komunity, přípravě národní kvantové strategie, vysvětlování problematiky důležitým lidem a shánění finančních prostředků.
Z nejvyšších politických představitelů se tématu chytil místopředseda vlády Ivan Bartoš (Piráti). Jím vedená delegace se například před pár týdny vydala do Spojených států, kde kvantové technologie byly jedním z hlavních bodů zájmu. „Navštívili jsme i Bílý dům. Všichni si uvědomují význam kvantových technologií,“ popsal Bartoš.
Místopředseda vlády Ivan Bartoš s delegací v americké centrále IBM
Nový ministr pro vědu, výzkum a inovace Marek Ženíšek (TOP 09), který problematiky quantum zdědil po jeho předchůdkyni Heleně Langšádlové (TOP 09), zdůraznil, že vláda kvantový obor zařadila na seznam strategických technologií, hned vedle čipů a polovodičů a umělé inteligence. „Nechceme, aby nám ujel vlak,“ řekl. V zákulisí se nyní řeší, zda Ženíšek do oboru dokáže dostatečně rychle a se skutečnou podporou „vplout“.
Téma kvantových počítačů a spol. se probíralo také během dalších Bartošových cest do Koreje či Japonska. Aktivity lze vidět i jinde, například během loňské delegace předsedkyně sněmovny Markéty Pekarové Adamové (TOP 09) na Tchaj-wan. Zejména představitelé akademického sektoru během cest navazují mezinárodní spolupráci. Přítomnost vládních představitelů protistranám ukazuje, že to Česko bere vážně. „Navázali jsme řadu partnerství ve vědecké spolupráci,“ uvedl Bartoš.
Pozice si zabrala IBM
Součástí těchto výprav kromě politiků, podnikatelů či zástupců vysokých škol také vždy byli představitelé české pobočky americké společnosti IBM. Ta je u nás směrem ke státu a trhu zdaleka nejaktivnějším subjektem, který kvantové počítače propaguje a lobbuje za aktivitu země v této oblasti. Vidět jsou zejména Milena Jabůrková, která má v IBM na starost vztah s veřejným sektorem a která zároveň působí jako viceprezidentka Svazu průmyslu a dopravy, a Martín Švík, technologický ředitel IBM pro část Evropy.
Jedním z příkladů je Bartošova delegace do USA, která zavítala do centrály IBM kousek od New Yorku, kde v T. J. Watson Research Center proběhl celodenní workshop a prezentace kvantového stroje.
„IBM určitě dělá potřebnou osvětu. Zároveň ale lze bezpečně říci, že hledají odbytiště pro své kvantové produkty, na čemž samozřejmě není nic špatného,“ popsal zdroj blízký státnímu kvantovému dění, který si nepřál být jmenován.
Rektor ČVUT Petráček uvedl, že IBM má nejrychleji se rozvíjející velké kvantové počítače na světě. Profesor Igor Jex z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT, který patří k tahounům kvantového dění u nás, označil stroj od japonské společnosti Fujitsu s 64 qubity za hračku proti tomu, co nabízí IBM. Americký podnik už představil stroj Condor s 1121 qubity a má plány na další významný růst.
Kvantový počítač IBM v laboratořích v Curychu
Právě ČVUT je prvním velkým „zářezem“ IBM u nás. Univerzita se letos v lednu připojila do kvantové sítě IBM, takže nyní má přístup ke kvantovým strojům této společnosti na dálku. „Menším státům doporučujeme, aby si koupily přístup přes cloud. Když se staví kvantový počítač, už je v podstatě starý, protože to trvá dlouho. Teď stavíme ve Španělsku a bude to trvat dva roky,“ nastínil Švík z IBM.
Během Bartošovy návštěvy USA byl v sídle IBM prezentován obrázek takzvaného českého kvantového inovačního centra, kde bylo zahrnuto více tuzemských univerzit a pracovišť. Podle informací Lupy u nás nicméně žádné Quantum Innovation Center vzniknout nemá, slajd připravila sama IBM jako ilustraci potenciálu zdejšího prostředí. A také se jedná o možné další subjekty, kam by IBM mohla přístup ke cloudovému kvantovému počítači dodat.
„Obecně lze říci, že české univerzity mají zájem o přístup ke kvantovému počítači. ČVUT už se připojila k IBM a rády by taky učinily další subjekty včetně Univerzity obrany nebo Akademie věd. Řešíme otázku financí. IBM přístup nabízí komerčně, ale k akademické komunitě jsou vstřícní,“ popsal národní zmocněnec Kavalíř.
Možností najít zdroje je více, ale žádné nebyly odsouhlaseny. Jen pro pořízení dalších kapacit od IBM by to podle informací Lupy měly být řádově desítky milionů. IBM naznačila, že veřejné prostředky budou nutné. „Finance jsou potřeba nejenom ze soukromého, ale také státního sektoru,“ uvedl Švík. Zároveň není jasné, jak by se přístup k jedné vybrané firmě měl soutěžit.
První český kvantový počítač
Podle Kavalíře je přístup ke kvantovým strojům nutný kvůli výchově lidí a vědě. „Západní státy už dávno připravují vědce a odborníky-uživatele, jako jsou inženýři, kteří s kvantovými počítači a technologiemi budou schopní pracovat. O takové lidi už je zájem, například v bankách, telekomunikacích a časem i naší armádě, kterou aktuálně nejvíce zajímá postkvantová kryptografie a materiály. Je důležité, abychom začali naplňovat studijní programy,“ navázal Kavalíř.
Také proto národní kvantový zmocněnec vidí IBM jako dobrou volbu: „Jsou aktivní, mají vzdálený přístup a používají supravodivé qubity, které se zdají být použitelné.“ Pro vysvětlení: qubitů je více druhů, například na bázi uvězněných iontů, a řeší se, který přístup bude fungovat nejlépe. Každý má plusy a minusy.
Místnost pro první český kvantový počítač na IT4Innovations v Ostravě
Studenti a akademici už na strojích od IBM počítají několik věcí. Eliška Krátká například v rámci své diplomky řešila klasifikaci virů a na některé výpočty použila kvantový počítač, přičemž byla jednou z prvních osob na světě. „Kdybych tuto možnost neměla, byla bych omezená funkcemi simulátoru,“ shrnula Krátká. Pokračovat bude na doktorském studiu. Další výpočty ČVUT souvisí s chemií, strojovým učením, kvantovou simulací nebo prací s bosony.
V Ostravě nicméně zvolili jiný přístup. Národní superpočítačové centrum IT4Innovations je ve fázi vyhodnocení veřejné soutěže na koupi prvního českého kvantového počítače LUMI-Q, který vyjde na 180 milionů korun. Prostředky poskytne Evropská komise. Má mít nejméně dvacet supravodivých qubitů. Fungovat bude v hybridním režimu s běžnými ostravskými superpočítači a napojí se na síť několika dalších evropských kvantových strojů, které Komise pořizuje. Podle informací Lupy s velkou pravděpodobností může zakázku vyhrát finský výrobce IQM.
Silný výzkum, nula spin-offů
Česká republika má několik špičkových výzkumných akademických týmů, mezi kterými lze ale místy pozorovat řevnivost. „Tu se snažím otupit,“ popsal Kavalíř. „Musíme vybudovat komunitu a pracovat společně. Musíme se spojit, abychom na světové scéně uspěli.“
Jedním z mezinárodně uznávaných odborníků je zmiňovaný profesor Jex z jaderky ČVUT, který má velmi dobré výsledky z oblastech takzvaného quantum boson samplingu či quantum walks. Špičkové projekty lze vidět také na Univerzitě Palackého v Olomouci, Ústavu přístrojové techniky Akademie věd (profesor Josef Lazar) a známá je i práce profesora Tomáše Jungwirtha z Akademie věd ohledně magnetismu. Národní zmocněnec Kavalíř sám vede centrum nových technologií na Západočeské univerzitě v Plzni.
„Výsledky našich výzkumných týmů jsou natolik dobré, že jsme rovnocennými partnery pro nejvyspělejší státy,“ věří Kavalíř. To potvrzuje i Jex: „Česko má velice kompetentní základní výzkum. Na Nobelovu cenu to není, ale jsme velice blízko.“ Obecně dobře pokrýváme oblasti materiálů, kvantových výpočtů a simulací, IT nebo senzoriky a měření.
Bádat a zkoumat sice umíme, ale vůbec nezvládáme výsledky této činnosti překlápět do komerčních produktů. Počet tuzemských kvantových startupů je nula, Česko tak tvoří bílý flek na mapě Evropy. „V Česku jsme měli zmocněnkyni z USA. Ukázali jsme jí některá naše špičková pracoviště, zapůsobila na ní. Pak jsme ale ve Státech navštívili Johns Hopkins University, kde zazněla krutá pravda: vy to obecně v Evropě vždycky hezky vědecky vymyslíte a my v USA to uvedeme do praxe,“ upozornil Kavalíř.
První kvantový hackathon
V Praze se i proto před pár týdny konal první kvantový hackathon u nás. Díky zapojení IBM, která akci sponzorovala, a fondu Tensor Ventures, který jako jediný z Česka udělal několik investic do zahraničních kvantových startupů, se podařilo sehnat devět týmů. Celkově šlo o šedesát účastníků, zejména z FIT a jaderky ČVUT. Vítězové se dočkali přijetí na Hradě, aby byla další motivace do práce.
Vítězný tým hackathonu pojmenovaný Tangus kombinoval kvantové počítání a prvky AI pro vylepšení sonaru pro detekci mořských vln. Druzí Quties vytvořili principy kvantového radaru pro medicínské použití. Třetí družstvo Tobee vytvořilo kvantový optimalizační algoritmus pro určení optimální trajektorie satelitů, aby se vyhnuly vesmírnému odpadu. Týmy používaly kvantové počítače od IBM a vývojářský open source nástroj Qiskit opět vytvořený stejnou společností.
Vítězové prvního českého kvantového hackathonu na Hradě
První kvantové aktivity lze pozorovat i ve zdejších firmách. Firma HULD dodávající vesmírnému sektoru vytvořila zatím jednočlennou sekci. HULD se společně s NASA snaží odklonit asteroid z jeho dráhy letu. „Dat z vesmíru je obecně tolik, že je počítače často nejsou schopny spočítat. Zkusíme tedy využít kvantový počítač,“ popsal Tomáš Cinert z HULDu.
Klíčové pro další rozvoj oblasti bude vzdělávání. Podle FIT ČVUT se zájem studentů postupně zvyšuje, protože vedení fakulty oblast stále více propaguje. Různé zaměřené výukové programy kromě pražské techniky běží v Olomouci, Plzni a na Masarykově univerzitě, k dispozici jsou také individuální kurzy. Obecně nemáme dost absolventů, kteří by kvantové technologie uměli.
Mezinárodní zapojení
Na dobré cestě je zapojení České republiky do mezinárodních projektů. Situace by se dala shrnout tak, že na quantum nemáme dost peněz, studentů, startupů ani absolventů, ale díky výzkumu jsme pro vyspělé partnery platní. „Česko pravděpodobně nikdy nebude číslo jedna v něčem, co je světovým trendem, ale můžeme být u toho a profitovat z toho,“ řekl Bartoš směrem k velikosti a finančním možnostem Česka.
Tým Igora Jexe se například podílí na přípravě teoretické části evropského kvantového fotonického počítače v projektu za zhruba čtvrt miliardy korun. Konsorcium vedené univerzitou z Plzně zase uspělo v projektu na kvantové materiály za půl miliardy. Akademie věd se podílí na rovněž půlmiliardovém projektu Quantum Engineering and Nanotechnologies. Do těchto a dalších projektů už se zvládl zapojit stát. „Rozjíždíme se,“ uvedl Kavalíř.
Pozorovat lze i další aktivity. Bartoš před časem podepsal kvantovou deklaraci Evropské unie. Starý kontinent má kromě jiného ambice vybudovat vlastní kvantové počítače, na což má vedle vědy na vysoké úrovni také firmy jako IQM, QuantWare, Parity QC a další. Ambicí je rovněž vyvíjet samotné kvantové čipy.
Připravuje se rovněž kontinentální kvantová síť EuroQCI pro distribuci kvantových klíčů. Výzvu pro Česko vypsal Národní úřad pro kybernetickou a informační bezpečnost. Experimenty s kvantovou komunikací řeší například CETIN. „Po prvním úspěšném testu se potenciálu kvantové technologie dále věnujeme. Máme rozpracované některé pilotní projekty, v jejichž rámci ověřujeme různá využití komunikace šifrované prostřednictvím výměny kvantových klíčů,“ nastínil mluvčí operátora Ctibor Jappel.
Otázka peněz
Chystají se i další evropské akce vyžadující národní finanční spoluúčast. Kde se případné prostředky vezmou, není jasné. To, kolik by zdejší kvantový sektor od státu na různé aktivity chtěl, nikdo jasně neříká, Kavalíř sumu nekomentoval. V kuloárech létají různá čísla, podle informací Lupy se mluví až o miliardě a půl.
Ne všichni vidí přísun peněz jako klíčovou věc, spíše volají po všeobecné podpoře. „Problém je nalézt zajímavé projekty, tomu nový zdroj na granty nepomůže. Spíše se tak stabilizují současné výzkumné (ne)produktivní skupiny,“ popsal Michal Křelina, který se kvantovým technologiím jako konzultant věnuje například na armádní úrovni a na Lupě publikuje seriál Qubity.
Zde by řada lidí nesouhlasila, což mimo jiné souvisí s řevnivostí, kterou popisoval Kavalíř. Dle názoru Křeliny by měl vzniknout podpůrný nástroj, například na úrovni CzechInvestu, s podporou kooperace jednotlivých stran a transferu výzkumu do praxe.
CzechInvest provozuje program Technologická inkubace, který má do konce roku 2025 podpořit 250 startupů. Je tam prostor i pro kvantové nápady.
Strategie bude, než nám to ujede
Národní kvantový zmocněnec už nějakou dobu pracuje na národní kvantové strategii, která by měla popsat, jak se koordinovaně vydat vpřed. Kavalíř už provedl několik konzultací s odborníky, resorty, firmami, NÚKIBem nebo armádou. Oslovit chce další, například CESNET, který dělá zajímavé věci v kvantové komunikaci, ještě přizván nebyl. Pak strategie půjde na Radu vlády a následně do mezirezortního připomínkového řízení. Do konce prázdnin by se snad měl návrh dostat na veřejnost.
„Chci, abychom si vyříkali některé věci, než strategie půjde ven – aby se pak neobjevovaly nějaké naschvály. Je nutné zkoordinovat celý ekosystém. Nemám politické ambice. Jde mi o to, abychom to celé někam posunuli,“ vysvětlil zmocněnec.
Tak uvidíme, snad se chytneme. I když je možné, že současné velké debaty o kvantových technologiích jsou minimálně z nějaké části součástí efektu FOMO (strach minout něco potenciálně velkého), který se v IT objevuje velmi často, viz investice do blockchainu, web3, AI a tak dále.
Také je možné, že rozvoj kvantové oblasti bude trvat ještě hodně dlouho, stále máme mnoho rezerv a prostoru pro další práci. Nedávno se třeba objevila zpráva, že údajná kvantová nadvláda Googlu, která měla potvrdit nástup kvantových počítačů lepších než jsou ty současné, tak úplně nadvládou není. Kvantový stroj byl překonán více než dvěma tisíci karet Nvidia A100. To dnes není nic nedosažitelného, i pár let fungující nejrychlejší český superpočítač Karolina těchto karet má skoro šest set.
„Nesouhlasil bych s tvrzením, že nám ujíždí vlak. Ujede nám, když nevyužijeme šance, které máme k dispozici,“ uzavřel Jex.
Chci odebírat newsletter
