Jeszcze nie osiągnęliśmy „kwantowej supremacji”, jak do tej pory komputer klasyczny jest w stanie pobijać urządzenia kwantowe – mówi w odcinku prof. Marzena Szymańska z University College London. Przy czym warto podkreślić tu słowo: jeszcze. W ostatnich latach mamy zauważalne przyspieszenie w dziedzinie technologii kwantowych, które najpewniej będzie rewolucyjne. Trwa wręcz wyścig o to, komu uda się rozwinąć je najlepiej i najpełniej.

– Europa obudziła się. Kilka lat temu był taki słynny manifest naukowców, tak zwany Quantum Manifesto, w którym właśnie wskazano, że jeżeli nic nie zostanie zrobione, to może być za późno. Europa zaczęła finansować w sposób przemyślany i strategiczny kwantowe technologie – podkreśla prof. Krzysztof Pawłowski, dyrektor Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. Wspólnie z prof. Szymańską, pracują nad powołaniem w ramach CFT Centrum Modelowania dla Technologii Kwantowych. Zespół ma rozwijać metody opisu skomplikowanych układów kwantowych i udostępniać je w formie otwartego oprogramowania. W dłuższej perspektywie centrum zajmie się również certyfikacją urządzeń kwantowych. – To wcale nie jest takie proste zadanie, żeby stwierdzić, jakie stany kwantowe ten komputer kwantowy czy inne urządzenie kwantowe naprawdę wytwarza – mówi prof. Pawłowski.

Co ważne, chociaż liczne firmy chwaliły się już zbudowaniem komputera kwantowego, to taki „prawdziwy” jeszcze nie istnieje. – W dziedzinie używa się pojęcia „uniwersalny komputer kwantowy”, czyli taki, który byłby w stanie rozwiązać każdy problem, jeżeli się go odpowiednio zaprogramuje. Takiego uniwersalnego komputera kwantowego jeszcze nie ma, ale są urządzenia, które są w stanie rozwiązać pewną klasę problemów, czyli można to tak luźno nazwać: symulatory kwantowe – wyjaśnia prof. Szymańska. Na tych można pracować już dziś, oczywiście jeśli się potrafi, bo jest cały osobny dział nauki o programowaniu na urządzenia kwantowe.

Obszary, w których kwantowe rozwiązania są szczególnie obiecujące, to m.in. różnego rodzaju modelowanie: działania leków, nowych materiałów, wojskowość, diagnostyka.

W odcinku rozmawiamy o brakującej polskiej strategii kwantowej, o tym, czy kiedyś będzie można kupić kwantowy laptop, a także nieśmiało przebąkujemy, czy ze sztucznej inteligencji opartej o komputer kwantowy może wyłonić się świadomość.

TRANSKRYPCJA

Karolina Głowacka: W studio Radia Naukowego pani profesor Marzena Szymańska, dzień dobry.

Marzena Szymańska: Dzień dobry.

K.G.: Fizyczka kwantowa z University College London, oraz profesor Krzysztof Pawłowski, dzień dobry.

Krzysztof Pawłowski: Dzień dobry.

K.G.: Fizyk, dyrektor Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej Akademii Nauk. Państwo wspólnie zakładają w Polsce dużą grupę badawczą zajmującą się modelowaniem technologii kwantowych. I z technologiami kwantowymi to jest trochę… ha, użyję takiej metafory: jak z kotem Schrödingera: są czy ich nie ma? Przynajmniej w przestrzeni medialnej. Może od razu rozprawmy się z tym właśnie tematem, dlatego że ja nie zliczę, ile razy było ogłaszane przez różne firmy, że już jest komputer kwantowy w poprzednich latach, po czym wychodzili eksperci i mówili: hola, hola, to jeszcze nie jest taki prawdziwy komputer kwantowy. Czy mogą mi państwo powiedzieć, czy my już mamy jako ludzkość prawdziwy komputer kwantowy?

M.S.: To znaczy, to zależy jak zdefiniować „prawdziwy”.

K.G.: A no właśnie!

M.S.: Prawda? Więc używa się w naszej dziedzinie takiego pojęcia „uniwersalny komputer kwantowy” to znaczy taki komputer, jakie mamy komputery klasyczne, czyli że jest w stanie rozwiązać każdy problem, jeżeli się odpowiednio zaprogramuje. Także takiego uniwersalnego komputera kwantowego to jeszcze nie ma w tym momencie, ale są urządzenia, które jeszcze nie działają w sposób uniwersalny, czyli nie są w stanie rozwiązać wszystkich problemów, ale są w stanie rozwiązać pewną klasę problemów, czyli można to tak luźno nazwać: symulatory kwantowe. To takie urządzenia już są. I teraz następne pytanie jakby w tym byłoby: czy już osiągnęliśmy tą quantum advantage, czyli czy te urządzenia kwantowe są w stanie policzyć lub coś przewidzieć lepiej niż komputery klasyczne.

K.G.: Taką przewagę czy mają, tak?

M.S.: Przewagę, tak.

K.G.: I co? Mamy czy nie?

M.S.: To też jest kontrowersyjne i te co jakiś czas mamy komunikaty w prasie, że już quantum supremacy zostało osiągnięte, ale potem za jakiś czas jakiś dobry informatyk jest w stanie zaprogramować komputer klasyczny, że policzy coś szybciej. Bo to jest kwestia również tego, jaki mamy problem. Jeżeli weźmiemy problem, którym po prostu komputery klasyczne do tej pory się nie interesowały, czyli ludzie, którzy programują na komputerach klasycznych, się tym nie interesowali, więc możemy na przykład mieć urządzenie kwantowe, które jest w stanie to policzyć szybciej. No ale potem jeżeli programiści na komputery klasyczne się tym zainteresują i są w stanie opracować algorytm, który będzie szybszy, no to wtedy to jest wyścig trochę pomiędzy jednym a drugim, więc do tej pory ja uważam, że jeszcze tej quantum supremacy nie osiągnęliśmy, że do tej pory zawsze komputer klasyczny jest w stanie pobić te urządzenia kwantowe.

K.G.: Ale pewnie do czasu.

M.S.: Ale pewnie do czasu, tak.

K.P.: Może dodam tylko, że można kupić już nawet komputery kwantowe, tylko nie takie, jaki byśmy sobie życzyli. To znaczy one mają zamiast bitów kubity i kubitów mają na tyle mało, że nie są specjalnie mocne jeszcze. Ale są już takim urządzeniem szkoleniowym: można tym programować, można uczyć się, jak programować, wymyślać biblioteki. Pewną wartość według mnie już mają.

K.G.: Są też w Polsce już takie urządzenia, też kupowane naukowo.

K.P.: Tak, i to niejeden. Ta dziedzina też rozwija się w takim kierunku, żeby połączyć komputery kwantowe, takie jakie mamy teraz, z superkomputerami klasycznymi i w niektórych problemach użyć przewagi klasycznych, a w niektórych tych kwantowych. Najlepiej to połączyć. Więc jest taki komputer, który powstaje w poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym i tam instalowany jest komputer kwantowy zintegrowany z takim klasycznym superkomputerem.

K.G.: Piast Q się nazywa, bardzo po polsku. To może jeszcze przypomnijmy trochę podstaw i wyjaśnijmy te różnice między klasyczną elektroniką, która opiera się, jak wiemy, na systemie dwójkowym, informacje zamieniane są w ciąg zer i jedynek, łącznie z tym wokalem, który właśnie do państwa nagrywam, a wy go odbieracie. Tymczasem jak to wygląda w technologiach kwantowych?

M.S.: No więc główną różnicą pomiędzy komputerem klasycznym a kwantowym jest, że komputer kwantowy będzie oparty na kubitach. Czyli zamiast być w stanie 0 albo 1, jest się w superpozycji 0 i 1, w koherentnej superpozycji 0-1, czyli jest się trochę w taki sposób ciągły pomiędzy 0 a 1. I teraz oczywiście przy takim zapisie informacji musimy opracować inne algorytmy na policzenie określonych problemów. Jest cała dziedzina, pisanie programów na komputery kwantowe. I teraz przy takiej reprezentacji są pewne problemy na świecie, w fizyce czy ogólnie, które można rozwiązać szybciej i bardziej optymalnie, używając komputerów kwantowych. Oczywiście są takie problemy, które zawsze będzie lepiej rozwiązać komputerem klasycznym, ale również są takie, do którego taki komputer kwantowy byłby niezbędny. Jedna z podklas problemów to są różne problemy optymalizacyjne. Nawet nie mówimy o fizyce, tylko chcemy zoptymalizować bardzo dużą liczbę zmiennych, na przykład travelling salesman problem, czyli…

K.G.: Logistyka, tak?

M.S.: Tak, w logistyce. To taki komputer kwantowy byłby o wiele bardziej optymalny niż komputery klasyczne.

K.G.: To ciekawe! Dlatego że to jest tak złożone? Czy czemu?

M.S.: To znaczy tak, optymalizacja funkcji wielu zmiennych jest skomplikowana w logistyce tej zerojedynkowej, używanej przez komputery klasyczne, i akurat tutaj komputery kwantowe byłyby to w stanie rozwiązać szybciej, sprawniej i lepiej. Natomiast oczywiście superkomputery klasyczne również są w stanie to rozwiązać, natomiast komputery kwantowe byłyby tutaj bardziej optymalne lub byłyby w stanie rozwiązać problemy bardziej skomplikowane, czyli na przykład takie problemy jak projektowanie nowych leków czy zrozumienie procesów biologicznych. Problemy, które są bardziej fizyczne, komputer kwantowy byłby w stanie rozwiązać lepiej, szybciej czy w ogóle rozwiązać, bo niektórych problemów w ogóle nie da się rozwiązać przy pomocy komputerów klasycznych w skończonym czasie, w realistycznym czasie.

K.G.: Czy mogą państwo to wyjaśnić? Dlatego że na chłopski rozum wydawałoby się, że kiedy mamy kubit, który ani nie jest zerem, ani nie jest jedynką, tylko jest właśnie w takim spektrum, jest w tej superpozycji, no to to jest jakieś takie bez sensu. To znaczy: zero, jedynka, no to mamy konkret jakiś, a jak mamy dziwny stan zawieszenia kwantowy, no to wydaje się, że wręcz nic się nie da policzyć w ten sposób. Panie profesorze, o co tutaj chodzi?

K.P.: To jest bardzo dobre pytanie. Rzeczywiście u podstaw tych komputerów jest właśnie ta zasada superpozycji. I ona jest dla nas bardzo dziwna i nieintuicyjna. Jak rzucamy monetą, gramy w monetę, zakrywamy tę monetę ręką. Wiemy, że tam jest albo orzeł, albo reszka. Nawet jeżeli nie widzimy jej w tym momencie, to możemy odsłonić wynik i wiemy, że jakiś jest. A z kubitami: one są naraz w zerze i w jedynce.

K.G.: Naraz orłem i reszką, tak?

K.P.: Naraz orłem i reszką albo naładowanym kondensatorem i pustym kondensatorem, albo płynącym prądem i brakiem prądu, jednocześnie. Jeżeli mam dwa takie kubity, to znaczy naraz mam taką superpozycję, że oba są w zerze, oba są w jedynce albo mają różne te stany 0-1, 1-0. Czyli dwa kubity pozwalają naraz zakodować 4 zestawy 2 bitów, 4 informacje naraz, podczas gdy 2 bity byłyby w stanie zakodować tylko jakby 2 informacje: 0-1 albo 1-0. Zawsze mamy jedną możliwość. Więc tu jest pewna przewaga tych komputerów kwantowych w superpozycji, że mają jakby większą pojemność informacji na tej samej liczbie fizycznych elementów dzięki temu, że ta zasada superpozycji jest. Ale jest ten haczyk, o którym pani mówiła, to znaczy, że jeżeli wykonujemy gdzieś pomiar na samym końcu, to kubity zamieniają się w bity, to znaczy one są, my mówimy „rzutowane”, na te 0-1. Ich stan jest jakiś na końcu ustalony i mają tyle samo informacji, ile miałyby bity w tym momencie. Więc trzeba w bardzo sprytny sposób po pierwsze, przeprowadzić różne skomplikowane algorytmy, ale to nie wszystko. Później trzeba obliczenie kwantowe powtarzać wielo, wielokrotnie i tylko ze statystyki wyników, które są w bitach, z tej statystyki wyników jesteśmy w stanie uzyskać jakieś informacje o tym problemie, o tym, co tak naprawdę chcieliśmy policzyć. To są dwie bardzo ważne cechy komputerów kwantowych, że one dają wynik z pewnym prawdopodobieństwem i przeprowadzanie tych algorytmów wygląda zupełnie inaczej. Jest trudne.

K.G.: No właśnie ta kwestia prawdopodobieństwa mnie bardzo ciekawi, na ile użyteczne są takie komputery kwantowe, jeśli one właśnie dają wynik z pewnym prawdopodobieństwem? Czy tak sprowadzając to do bardzo podstawowego poziomu: jakbyśmy zapytali komputer, ile jest 2 + 2, to on nam powie 4, czy powie nam raz 5, raz 3, raz 3,98? Co nam odpowie?

M.S.: To znaczy inaczej: po prostu algorytmy, które… Sama istota tych komputerów jest probabilistyczna, natomiast inne jest oprogramowanie na te komputery, że de facto na końcu oczywiście dostajemy odpowiedź jedną. Po prostu musimy inaczej myśleć, używając tych komputerów, ale to już jest jakby częścią algorytmu.

K.P.: Ale to właśnie zależy od algorytmu, właśnie nie zawsze tak jest, tak? Są te algorytmy, gdzie jednak musimy wykonać statystykę, ale tak jak Marzena mówiła, jeżeli algorytm jest dobrze przygotowany i problem jest akurat taki rozwiązywalny, to dostaniemy rzeczywiście 4 jako wynik z pewnym prawdopodobnie szumem małym.

K.G.: Jednak! Takim malutkim szumem.

K.P.: Który wynika albo z algorytmów, ale nawet jak algorytm jest doskonały, wynika też z tych niedoskonałości w maszynach, jakie teraz mamy.

K.G.: Czy komputery kwantowe potrzebują specjalnych warunków, żeby wprowadzić urządzenie właśnie w… no, rozumiem, w te stany kwantowe. Jak to w ogóle jest zbudowane, jak to działa?

M.S.: Więc mechanika kwantowa ogólnie decyduje o zachowaniu układów w bardzo niskich temperaturach, więc do tej pory wszystkie takie hardware’owe rozwiązania na realizację komputerów kwantowych są w bardzo niskich temperaturach, czyli na przykład atomy Rydberga, jony, fotony w układach nieliniowych, superconducting circuits, czyli takie układy elektroniczne bazowane na nadprzewodnictwie, szczególnie na złączach Josephsona. To wszystko musi być bardzo mocno chłodzone, więc te komputery kwantowe to nie jest taki komputer, który można sobie kupić i trzymać w pokoju. To zawsze tak będzie, to nie to, że to będzie kiedykolwiek komputer, który można sobie trzymać w pokoju, tylko będą firmy, które będą miały taki komputer kwantowy. Trochę tak jak maszyna do rezonansu magnetycznego, tak, że będzie cały serwis wokół tego, a my będziemy się logować zdalnie na ten komputer kwantowy, czyli będziemy kupować czas, to będzie trochę tak jak w chmurze, i będziemy mogli robić obliczenia zdalnie na tym komputerze kwantowym. Już w tym momencie to tak jest, czyli w tym momencie naukowcy czy jakieś firmy mogą sobie wykupić czas lub dostać czas od tych firm i mogą się tam logować i programować komputery kwantowe. W ten sposób będzie to wyglądało zawsze, ponieważ no niestety…

K.G.: Czyli laptop kwantowy…

M.S: Raczej nie wchodzi w grę, no chyba że… Nigdy nie można mówić nigdy w fizyce, bo można zawsze wymyśleć jakąś nową technologię, która będzie miała efekty kwantowe w temperaturze pokojowej. Więc jeżeli coś takiego się wynajdzie kiedyś, no to tak, no to laptop kwantowy będzie wchodził w grę, ale nie na obecnym poziomie.

K.P.: Będzie i nie będzie naraz.

K.G.: Laptop, tak? I jak tu kupić taki?

K.P.: A może się uda, to by był i nie naraz.

K.G.: Ale jak wygląda takie urządzenie? Bo jak wygląda komputer, to każdy wie. Wielu z nas oglądało jego, powiedziałabym, bebechy w środku, płyty główne i tak dalej, i tak dalej. A jak wygląda komputer kwantowy? Co jest w środku?

K.P.: Trochę zależy od technologii, bo powiedzieliśmy, że…

K.G.: No to proszę powiedzieć.

K.P.: Z komputerem klasycznym już przywykliśmy, jaki jest. Jest ta elektronika, jest tam prąd i już jest dobrze zrozumiany. A jeśli chodzi o komputer kwantowy, ponieważ jest wiele konkurencyjnych platform fizycznych i wiele konkurencyjnych firm, to jeszcze nie wiadomo, na czym on w ogóle będzie działał, więc nie mogę odpowiedzieć, jak będzie wyglądał. Mogę podać jakieś przykłady. Całkiem niezłym komputerem jest taki oparty na jonach. Teraz tych jonów nie musi być tam dużo. To jest od 20 do 200 nawet cząstek.

K.G.: To bardzo mało!

K.P.: No właśnie tak, może od tego powinniśmy zacząć. Dlaczego te komputery kwantowe teraz się dzieją, dlaczego teraz są komputowane? Jest taki postęp technologiczny, że teraz jesteśmy w stanie manipulować pojedynczymi cząstkami. Możemy je umieścić tam, gdzie chcemy, poświecić takim światłem, jakim chcemy, wprowadzić w taki stan, jak nam się podoba. I dzięki temu, że osiągnęliśmy takie już techniczne umiejętności do kontrolowania pojedynczych cząstek, to możemy właśnie budować teraz komputery kwantowe jako cała społeczność, jako naukowcy i inżynierowie. Jak wygląda komputer oparty na jonach? Tam jest około od 20 do 200 cząstek, jonów właśnie, i do każdej cząstki jest wiązka laserowa, więc tam jest bardzo dużo laserów. Całość musi być w komorach próżniowych, tak żeby żaden niechciany atom powietrza uderzał w te jony. Chcemy je zupełnie odizolować od otoczenia. Ta całość musi być połączona jednak z jakąś elektroniką, którą będziemy sterowali te lasery. To wymaga wielu kabli, i to jeszcze takich kabli, które też nie będą się grzały z jednej strony, będą miały temperaturę rzędu jakichś mikrokelwinów, a z drugiej strony temperaturę pokojową, więc to jest też duży problem. Jest kilka firm na świecie, zaledwie kilka, które są w stanie to zrobić. To chyba jest z tego, co słyszałem od producentów, najdroższa część komputera kwantowego to właśnie te kable podobno. Więc mamy jakiś mały, no mikroukład, zaledwie kilkanaście, kilkadziesiąt jonów, wokół którego jest system laserów, elektroniki, kabli, maszyn do chłodzenia, które wystają tam na boki, i to zajmuje pewnie około dużego pomieszczenia. Tak wygląda taki komputer na jonach.

K.G.: Bardzo to wszystko jest ciekawe i faktycznie zupełnie inne niż to, do czego przywykliśmy. To porozmawiajmy o zastosowaniach. Obliczenia kwantowe, pani wspomniała, że można właśnie w logistyce zastosować obliczenia kwantowe, ale czytałam też, że one mogą się bardzo przydawać do modelowania pogody, czyli też superzłożonych zjawisk. Do czego można wykorzystywać obliczenia kwantowe? Do czego to się właśnie nadaje? Bo rozumiem, że moje 2 + 2 to niekoniecznie, a do czego się właśnie nadają komputery kwantowe?

M.S.: Każdy oczywiście może mieć swoje zdanie, bo tutaj każdy się interesuje różnymi rzeczami i próbuje wykorzystywać te komputery w różny sposób, ale to co na przykład mnie najbardziej interesuje, to jest właśnie używanie komputerów kwantowych jako symulatorów kwantowych. To ja może zdefiniuję, co to jest symulator kwantowy. Więc jeżeli mamy układy fizyczne, które są bardzo trudne do zrozumienia, takim sztandarowym układem, który zawsze się wspomina wtedy, we wszystkich grantach się go opisuje, to jest nadprzewodnik wysokotemperaturowy, ponieważ nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe jest cały czas niezrozumiałe, a gdyby udało się zrozumieć do końca nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe i popchnąć tą temperaturę do temperatury pokojowej, to nagle mielibyśmy nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej, które można by użyć w przesyłaniu prądu, w energetyce. To byłoby duży przełom. Do tej pory fizycy nie rozumieją do końca, na czym polega nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe i dlaczego nadprzewodnik nadprzewodzi. To jest taki jeden przykład. No i teraz te nadprzewodniki wysokotemperaturowe, te materiały, które się eksperymentalnie wynajduje, że one nadprzewodzą, są bardzo skomplikowane, tam jest mnóstwo różnych efektów, które trzeba by wziąć pod uwagę i dlatego to jest bardzo trudno modelować. Oczywiście od dziesiątek lat ludzie teoretycznie, eksperymentalnie pracują nad zrozumieniem i jest to cały czas niedoskonałe. I teraz: jeżeli mamy układ fizyczny, któremu możemy zbudować na wzór tego układu, który daje nam nadprzewodnictwo, ale troszeczkę w prostszy sposób, czyli budujemy coś, co jest podobne do tego oryginalnego systemu, ale jednocześnie troszeczkę prostsze i prostsze w sposób tak kontrolowany, że mogę włączać i wyłączać te komplikacje, to ja mogę sobie zminimalizować ten układ i zobaczyć, czy jak na przykład włączę to, to czy dodaje mi nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe, czy nie, a jeżeli to wyłączę, czy to ma znaczenie, czy nie. I wtedy mogę zejść do takiego minimalnego systemu, który daje mi nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe, czyli mogę zrozumieć, co daje, właściwie: co potrzebne jest, żeby osiągnąć to nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe. A potem jak jestem w stanie ten układ zmieniać, to jestem w stanie przeprowadzać tak naprawdę eksperymenty, które pokażą mi na przykład, jak zwiększyć temperaturę, w którym nadprzewodnictwo bierze udział. To jest na przykład taki jeden z przykładów, ale wiele innych rzeczy nie rozumiemy. Materiały, leki, biologiczne systemy. I teraz: jeżeli jesteśmy w stanie stworzyć układ, który będzie symulował ten układ, który chcemy zrozumieć, ale w sposób kontrolowany, w sposób prostszy, gdzie możemy włączać i wyłączać pewne elementy, reakcje chemiczne na przykład, gdzie możemy zmieniać parametry w bardzo łatwy sposób, nie tak, że… Na przykład jeżeli chcemy zrozumieć reakcję chemiczną, musimy dużo mieszać różnych związków i to jest kosztowne, to jest czasochłonne, a tutaj możemy to robić w sposób prostszy. To takie symulatory kwantowe mogą nam pomagać w zrozumieniu tych układów fizycznych. I to zostało przez Feynmana już dawno zaproponowane, ale do tej pory jeszcze nie było jeszcze tak bardzo wykorzystywane. Teraz właśnie te komputery kwantowe, które tak naprawdę są symulatorami kwantowymi, bo jeszcze nie osiągnęły tego poziomu tego uniwersal quantuum computer, mogą nam pomóc. Czyli leki, medycyna, materiałoznawstwo, wynajdywanie nowych materiałów, które będą miały lepsze właściwości, sztucznych materiałów oczywiście, tylko będą miały lepsze właściwości niż aktualne materiały. Cała gama różnych możliwości tutaj się rozwija, używając komputerów kwantowych nieuniwersalnych, czyli takich symulatorów kwantowych, które są zaprojektowane, żeby zrozumieć jakiś określony problem.

K.G.: Czyli zamiast testować nowe pomysły, na przykład na materiały, i poświęcać na to wiele godzin, materiałów, czasu i tak dalej, i tak dalej, można będzie… Czy można już?

M.S.: Tak, można już. Można już.

K.G.: Można już zasymulować pomysł. Rozumiem, że grupa badawcza ma jakiś pomysł: myślimy, że tak i tak taki materiał może zadziałać. Wrzucamy go do tego symulatora i symulator nam odpowiada: super, ale niestety, nie wiem, na przykład most się załamie z tego materiału czy coś takiego, tak? I mając taką odpowiedź można przejść do testów, już odrzucając to, co na pewno się nie uda.

M.S.: Tak.

K.G.: Na przykład, tak? Tutaj byłaby taka oszczędność.

M.S.: Tak.

K.G.: Te biologiczne mnie bardzo ciekawią, bo to byłoby super na przykład zamodelować ciało człowieka i wsadzać tam różne leki, ale mówili mi specjaliści od modelowania, że to jest zbyt skomplikowany jednak obiekt.

M.S.: No całe ciało człowieka na tym poziomie to na pewno. Nie wiem, Krzysztof, jakie masz zdanie. Ale takie na przykład białka czy właśnie cały czas ten proteine folding, tak, czyli to, jak białka się skręcają, nie jest jeszcze może do końca zrozumiałe. Czyli takie prostsze układy, które mogą nam pomagać w wynajdywaniu potem leków na przykład na nowotwory, tak? Nowotwór to nie jest jeszcze całe ciało człowieka, ale może jakby się dało zasymulować jakieś procesy związane z nowotworami czy z białkami, to łatwiej byłoby wymyślać potem leki czy jakieś metody leczenia. No i oczywiście też ludzki mózg, tak? W pewnym momencie jeżeli już pójdziemy dalej tą drogą, to dojdziemy do większego stopnia komplikacji.

K.P.: Jest już dużo firm, które zajmują się algorytmami kwantowymi, mimo że komputery kwantowe jeszcze nie do końca istnieją. I te firmy w dużej mierze szukają pomysłów, ściśle współpracują z bardzo różnymi grupami, to są zespoły interdyscyplinarne, i właśnie szukają nowych materiałów, zastosowań w biologii, w medycynie i patrzą, gdzie da się stworzyć taki algorytm, który używałby komputerów kwantowych i coś przyspieszył i ulepszył. Jesteśmy w trakcie.

K.G.: Jeśli mówimy o technologiach kwantowych, to z jednej strony są to symulatory, ale jest też komunikacja kwantowa, myślę, że kto się tym jakoś interesował, to o tym słyszał, czyli kwestia szyfrowania. No i tutaj jest klasyczne pytanie, które się bardzo często pojawia i też jeden z patronów pytał Radia Naukowego, pan Dawid: „Kiedyś słyszałem, że komputery kwantowe będą tak szybkie i potężne, że z momentem ich wynalezienie i wdrożenia cała dostępna nam na tradycyjnych komputerach kryptografia przestanie wystarczać, bo komputer kwantowy szybko ją złamie”. Ile w tym prawdy, drodzy państwo?

K.P.: To była główna motywacja do zbudowania komputera kwantowego. My mówiliśmy o takich, powiedzmy, dobrych zastosowaniach komputerów kwantowych, ale one zaczęły się rozwijać dzięki właśnie pomysłom na łamanie obecnych szyfrów. Szyfry, kryptografia może nam się w pierwszym momencie wydawać czymś bardzo odległym, że nas nie dotyczy, no ale jednak nasze karty bankowe, cała komunikacja, dowody tożsamości, wszystko jest oparte na szyfrowaniu i swoją drogą pierwszy klasyczny komputer też został zbudowany właśnie w tym celu, do złamania szyfru Lorenza. I to był komputer, który zbudowano w Wielkiej Brytanii. W latach 90. Peter Shor wymyślił algorytm na komputery kwantowe, który łamałby klucz RSA, jedną z metod szyfrowania, która była bardzo często używana, być może najpowszechniejsza. Teraz rozwijają się inne szyfry, jest cała nauka o tym, jak tworzyć nowe szyfry, które będą odporne na komputery kwantowe. Jesteśmy w takim momencie, że gdyby teraz powstał komputer kwantowy, to myślę, że świat już pewnie by się nie zawalił, ale nie chcemy tego sprawdzać, tylko chcemy najpierw te po pierwsze szyfry klasyczne rozwinąć, ale też zacząć kryptografię kwantową, czyli taki typ kryptografii też oparty na mechanice kwantowej, o którym wiemy, że będzie niełamalny przez komputer kwantowy. Więc to jest taki wyścig: z jednej strony budujemy komputer i oczywiście niektóre firmy i wojsko chciałoby mieć jak najszybciej komputer, który będzie mógł deszyfrować wiadomości, ale z drugiej strony rozwijamy taki typ szyfrowania też kwantowego, który będzie niełamalny przez komputery kwantowe.

K.G.: Czyli to było realne zagrożenie?

M.S.: Są różne jakby opinie na ten temat. Żeby zrealizować algorytm Shora, to potrzebujemy naprawdę dobry, uniwersalny komputer bez błędów. To jest jedno z najtrudniejszych zadań. Także komputery kwantowe zrobią miliony pożytecznych rzeczy, zanim dotrzemy do tego punktu, tak? Bo te symulatory kwantowe są o wiele prostsze. Rzeczy, które będą wykorzystywane w biologii, w materiałach do izolacji, to są rzeczy o wiele prostsze. Algorytm Shora i faktoryzacja dużych liczb to jest najtrudniejsze zadanie. Więc według mnie osobiście to jesteśmy daleko od tego, jeżeli w ogóle za naszego życia to zostanie zrealizowane.

K.P.: Tak, ja się zgodzę, znaczy to była motywacja. Może to było realne w takim sensie teoretycznym, że gdyby ktoś nagle umiał zbudować wtedy komputer kwantowy. Ale tak naprawdę jest to tak, jak powiedziała Marzena, szalenie trudne zadanie i komputery kwantowe po to były budowane, a sobie z tym najgorzej radzą, więc…

M.S.: A też druga rzecz, jeszcze powiem, chociaż ja akurat nie jestem ekspertem od kryptografii kwantowej, ale też rozmawiałam z ekspertami i powiedzieli mi, że nawet jeżeli by taki komputer nagle zaistniał i można by faktoryzować te liczby, to są różne od razu pomysły, jak wymyśleć inny algorytm klasyczny, który będzie zabezpieczał, na który algorytm Shora nie zadziała. I to już jakby jest bardzo łatwo przeprowadzić, więc nawet jeżeli te idealne komputery kwantowe powstaną i jesteśmy w stanie sfaktoryzować liczby, czyli jesteśmy w stanie zagrozić aktualnym zabezpieczeniom, to ja myślę, że banki na przykład nie pójdą w stronę kryptografii kwantowej, tylko wymyślą sobie algorytm klasyczny, który będzie odporny na to. A żeby znowu zaatakować ten algorytm klasyczny, który jest odporny, to trzeba by znowu wymyślać kolejne jakieś algorytmy i to znowu będzie kolejne wyzwanie, więc mi się wydaje, że chyba nasze karty są jednak dosyć bezpieczne.

K.P.: To dobrze, że uspokoiłeś tutaj słuchaczy tutaj.

K.G.: To prawda, bo to jest podstawowe pytanie, które się pojawia w tym kontekście, że trochę jakby jest takie wrażenie, że kręcimy sami na siebie bat. Jeśli coś takiego by powstało, to mógłby się cały ten nasz system, który jest bardzo mocno przecież na szyfrowaniu, jak państwo mówicie, oparty, gdzieś by to się załamało, więc ja też się cieszę, że państwo uspokajają. Ale czy można wykorzystać kwantową kryptografię do zabezpieczania? Nie do łamania wszystkich szyfrów, tylko do dodatkowego zabezpieczenia?

K.P.: Tak, tak. To znaczy to też były pomysły. Akurat Artur Ekert, który jest w komitecie doradczym w naszym Instytucie, jest jednym z pionierów takich metod kryptografii. I one z pierwszych zasad, właśnie dzięki tych nieoznaczoności, w mechanice kwantowej tak zwanej zasadzie nieklonowania, one gwarantują bezpieczeństwo. Są takie metody kwantowej kryptografii. I one już są. To znaczy to nie jest łatwe we wdrożeniu, więc nie jest powszechnie używane, natomiast pierwsze demonstracje kryptografii kwantowej były praktycznie 20 lat temu i to był przelew bankowy od razu na pewnym praktycznym zadaniu w Szwajcarii. Obecnie nawet jest możliwe przesyłanie informacji z wykorzystaniem kryptografii kwantowej między kontynentami. Był taki przesył z wykorzystaniem satelity między Europą a Azją.

K.G.: Bo zdaje się, że siłą kryptografii kwantowej jest to, że nie da się próbować dobrać się do zaszyfrowanej wiadomości w sposób taki niewidoczny, to znaczy natychmiast jesteśmy przyłapani jako te osoby, które chcą zaatakować szyfry, tak? Tutaj jest ta siła.

K.P.: Najprostszą metodą łamania szyfru jest przechwycenie wiadomości, a później wysłanie tego, co się dalej otrzymało. Jeżeli będziemy to robić regularnie, coraz więcej możemy się nauczyć o działaniu kodu i w końcu go złamać. Natomiast mechanika kwantowa zabrania nam tego przechwytywania i wysyłania dalej, dlatego że jeżeli wysyłamy informacje, wykorzystujemy kubity, mamy zasadę superpozycji, więc kubit jest jednocześnie zerem i jedynką, ale w momencie pomiaru przechwytywania on nagle stanie się albo zerem, albo jedynką, a nie tą superpozycją. I szpieg nie będzie wiedział, jaka ta superpozycja była, wyśle dalej 0 albo 1, ale wtedy z kolei odbiorca, jeżeli ten protokół jest dobrze zaprojektowany, zobaczy, że ktoś podsłuchuje. Chciałoby się może w takim razie nie przechwytywać i wysyłać dalej, tylko mieć taką kopiarkę. To znaczy mam maszynę, w którą wpada foton, i on z drugiej strony powiedzmy wylatują dwa w tym samym stanie, jeden do mnie, a drugi do odbiorcy, czyli takie klonowanie. Ale właśnie mechanika kwantowa też tego zabrania, jest twierdzenie o nieklonowaniu, autorem jest zresztą Polak, Wojciech Żurek. I to też jest niemożliwe. Więc jest kilka zabezpieczeń, które wprowadzają podstawy mechaniki kwantowej, które można właśnie wykorzystać do tego, żeby kwantowa kryptografia była niełamalna.

K.G.: Czyli sama fizyka jest sojuszniczką w tym kontekście. Kwantowe sensory: co to takiego, gdzie jest używane?

K.P.: No to to jest też temat rzeka. Mówiliśmy o troszeczkę o kubitach. Mówiliśmy o tym, że możemy wprowadzić ich układ, zespół kubitów, w stan superpozycji, na przykład wszystkie są zerem i wszystkie są jedynką. I to jest tak zwany stan GHZ, który jest użyteczny do wielu rzeczy, ale są inne stany kwantowe. Zespół kubitów albo cząstek, które mogę wprowadzić taki stan kwantowy, który z kolei nam się przyda do innych celów, na przykład zmniejszy nam błąd pomiarowy. I też już tutaj jest to w niektórych dziedzinach rozwinięte. Na przykład też w Polsce są już kupione urządzenia do pomiaru pola grawitacyjnego z wykorzystaniem właśnie technologii kwantowych. To są na razie takie urządzenia, które są bardzo drogie. One nie są wyraźnie lepsze od urządzeń klasycznych, ale są porównywalne i są coraz lepsze, więc w którymś momencie te klasyczne czujniki w niektórych zastosowaniach będą gorsze od swoich kwantowych odpowiedników. Te urządzenia są drogie i na razie służą do takich bardzo dokładnych pomiarów, na przykład pola grawitacyjnego, ale dokładnością do wielu cyfr znacząc. A to w przyszłości może pozwalać zbadać, jakie mamy złoża, gdzie są zmiany gęstości pod ziemią, pomaga w archeologii.

K.G.: Taki skaner jakby, coś takiego?

K.P.: To takie urządzenia już są też klasyczne, są używane w archeologii, ale w ten sposób, że wyłapują zmiany pola grawitacyjnego wokół.

M.S.: No właśnie byłam na takiej konferencji zorganizowanej przez „The Economist” w Londynie, właśnie na temat zastosowań technologii kwantowych, i właśnie bardzo dużo było na temat sensorów kwantowych. I szczególnie taka ciekawostka jest, że sensory kwantowe oczywiście no w medycynie no to wiadomo, i szczególnie w wojsku w medycynie mogą być bardzo przydatne do rejestracji mózgu, jakichś uszkodzeń mózgu, i są bardziej dokładne niż magnetyczny rezonans, ale taka ciekawostka jest, że sensory kwantowe mogą się przydać również w komunikacji. To znaczy wiemy, że GPS jest zakłócany. W tym momencie mamy różne wojny na świecie i różnych zakłócaczy naszego GPS-u, szczególnie od północy w Polsce, była mapa pokazana, jak polski GPS jest zakłócany, no i teraz jeżeli mamy mapę dokładną pola grawitacyjnego i pola magnetycznego, a takie mapy mamy, i teraz jeżeli mamy układ na pokładzie, który będzie bardzo czuły do bardzo małych zmian pola grawitacyjnego i magnetycznego, jak to razem połączymy, to możemy ominąć GPS. Możemy po prostu wiedzieć, gdzie jesteśmy, jak się poruszamy, właśnie poprzez ten kwantowy sensor, czuły na pole magnetyczne i grawitacyjne. I widziałam nawet na tej właśnie konferencji, pokazywali takie pierwsze prototypy, które są w wojsku wykorzystywane. Oczywiście byłoby to przydatne dla jakichkolwiek samolotów, które mogą wpaść w takie strefy, gdzie GPS jest zakłócany, i to wtedy jest bardzo niebezpieczne przy lądowaniu czy starcie, czy ogólnie poruszaniu się. Natomiast na tym poziomie już jest wykorzystywany w wojsku z tego, co słyszałam.

K.P.: Do śledzenia toru bardzo dokładnie.

K.G.: Państwo pracują nad tym, żeby powstał właśnie zespół do modelowania technologii kwantowych. Co ten zespół ma robić, panie profesorze?

K.P.: Zespół zadań będzie miał wiele, między innymi będzie rozwijał oprogramowanie. I mówiliśmy o tym, że komputery kwantowe wykonują (albo symulatory) coraz bardziej skomplikowane zadania, przynajmniej chcemy ich użyć do rozwiązania pewnych problemów fizycznych. A z drugiej strony te same problemy, możemy stworzyć ich model matematyczny i próbować rozwiązać na komputerze klasycznym. My będziemy głównie, nie tylko, ale głównie tworzyć kody klasyczne, takie najbardziej zaawansowane, które będą w stanie nam odpowiedzieć na pytania dotyczące układów kwantowych: policzyć energię, policzyć możliwości takich układów. Możemy pomyśleć, nadają się czy nie do pewnych symulatorów. Więc będziemy tworzyli takie oprogramowanie i całą platformę tak naprawdę do kodów fizycznych. No a później jeżeli nam się uda z wykorzystaniem tych kodów znaleźć na przykład optymalny układ fizyczny i optymalne warunki do stworzenia symulatora, to już we współpracy z grupami doświadczeniowymi będziemy próbowali ich przekonać do pójścia właśnie taką a nie inną drogą. Trzeba też zauważyć, że to oprogramowanie, ono jest bardzo skomplikowane. To są… Zrozumienia, jak te kody działają, wymagają dużej wiedzy matematycznej też i one są oparte na pewnych twierdzeniach albo hipotezach, które należy dalej rozwijać, udowadniać, więc tam jest też duża część takiej fizyki matematycznej, która też będzie przy okazji rozwijana.

M.S.: Musimy wiedzieć, że te komputery kwantowe czy symulatory kwantowe są same w sobie skomplikowane i też żeby je projektować na razie, możemy używać właśnie komputerów klasycznych. To tak troszeczkę w kółko. Także używamy komputerów kwantowych, żeby rozwiązać jakieś problemy klasyczne, ale na tym etapie używamy aktualnych komputerów klasycznych, superkomputerów. Oczywiście nie mówimy tu o laptopie, tylko mówimy tutaj o takich superkomputerach, centrach obliczeniowych, gdzie możemy napisać odpowiednie programy, które nam pomogą potem zrozumieć komputer kwantowy i zaprogramować ten komputer kwantowy. Oczywiście do pewnego etapu, tak? Bo na tym polega komputer kwantowy, że on w przyszłości będzie w stanie rozwiązać problemy nierozwiązywalne przez komputer klasyczny. Więc do czego nam potrzebny jest komputer klasyczny? Do takiego testowania minimalnego, to znaczy że na przykład załóżmy, że mój komputer kwantowy będzie miał w przyszłości, nie wiem, setki kubitów. Ja oczywiście tego nie jestem w stanie rozwiązać na komputerze klasycznym, ale zanim będzie te setki kubitów, to może być na przykład 5 kubitów. I na przykład te 5 kubitów ja jestem w stanie zasymulować na komputerze klasycznym i porównać z tym, co dostaję z komputera kwantowego, żeby zobaczyć, czy mój komputer kwantowy działa tak, jak powinien działać, czy wszystko tam jest dobrze zaprojektowane, zaprogramowane. No i teraz jeżeli dobrze wszystko jest dla 5 kubitów, no to jest duża szansa, że jak je zwiększę, i potem już nie mogę tego zasymulować, ale że będzie cały czas dobrze, pomimo że zwiększę, skomplikuję ten układ. Także te komputery klasyczne przydają nam się do testowania komputerów kwantowych na pewnym poziomie, oczywiście w zmniejszonej skali. Taki prawdziwy komputer kwantowy, duży, nie jesteśmy w stanie zasymulować. I my będziemy, tworzymy metody, bo żeby rozwiązać problem kwantowy w przypadku wielu ciał, tak, czyli jeżeli mamy wiele tych kubitów i chcemy naprawdę wszystko wziąć pod uwagę, nie jakieś uśrednienia pola średniego czy jakieś inne przybliżenia, tylko chcemy naprawdę dokładnie to rozwiązać, bo to jest nam potrzebne do zrozumienia komputera kwantowego, to metody na rozwiązywanie mechaniki kwantowej wielu ciał i jeszcze w przypadku otwartych systemów, ponieważ wszystkie komputery kwantowe mają jakieś tam zaszumienie, oddziałują z innymi układami, musimy też robić czytanie z tego komputera czy zapisywanie coś na nim, więc jest takie open system, to metody na takie otwarte układy w przypadku kwantowych i wielu ciał to takich metod jest bardzo mało i cały czas rozwijamy te metody zarówno na poziomie matematycznym, koncepcyjnym, jak też potem trzeba to zaprogramować i uruchamiać na superkomputerach klasycznych.

K.P.: To wymaga bardzo wielu ekspertów i my tutaj chcieliśmy użyć faktu, że w Polsce jest bardzo dużo dobrych informatyków. Z drugiej strony Marzena jest liderką grupy w University College London i się tą tematyką zajmuje. Udało nam się przekonać Unię Europejską do sfinansowania właśnie takiego projektu, który będzie z jednej strony nastawiony na rozwój nauki, być może też w kierunku dalszych zastosowań później nauki poza nauką, ale też rozwój jednostki naukowej, tak żeby Centrum Fizyki Teoretycznej stało się taką jednostką działającą w najlepszych standardach. Na to otrzymaliśmy finansowanie w zeszłym roku, w ramach programu ERA Chairs, no i będziemy dalej próbować. To znaczy mam nadzieję, że ta grupa, gdy zacznie działać (ona ma zostać założona dopiero w przyszłym roku), to pozyska i kolejne granty, i zaufanie, i doświadczalników, i przedstawicieli biznesu. Taki jest plan.

K.G.: I jeśli ja dobrze rozumiem, grupa ma się zajmować, jeśli chodzi o to modelowanie, jakby wymyślaniem technologii kwantowych trochę tak na papierze, w teorii. O to tutaj chodzi? I potem ewentualnie co z tym będzie się działo dalej? Jakaś polska firma na przykład będzie rozwijała taką technologię, że naukowcy powiedzą: to powinno działać, spróbujcie. Tak to ma wyglądać?

K.P.: Chyba na razie nie ma takiej polskiej firmy, która byłaby w stanie to zrobić.

K.G.: No to nie polska, po prostu.

K.P.: To myślę, że już takie firmy są. Też mają oczywiście swoje sztaby ludzi, którzy wykonują analogiczną pracę, natomiast my jesteśmy, mamy dużo współpracowników na całym świecie, takich grup doświadczalnych, więc oni będą w stanie przetestować te pomysły. To są takie grupy i w Stuttgarcie na przykład, w Barcelonie, ale nie tylko. Tutaj mamy dużo kontaktów.

K.G.: Jest też pomysł, żeby zajmować się certyfikacją technologii kwantowych. To jest bardzo ciekawe, bo od razu nasuwa taką wątpliwość: skoro trzeba certyfikować technologię kwantową, to czy znaczy, że mamy z tym jakiś kłopot? To znaczy, że przychodzą na przykład firmy i mówią: hej, my mamy technologię kwantową, a tak naprawdę to nie jest technologia kwantowa. Jest taki kłopot?

K.P.: No właśnie. Przychodzi firma, sprzedaje produkt i kto nam powie, czy on jest dobry, czy nie, tak? Czy wytwarza jakieś stany kwantowe, ten stan GHZ, czy kota Schrödingera, który jest taki potrzebny. Chcielibyśmy otworzyć i sprawdzić, tylko że jak otworzymy komputer kwantowy, to ta sama superpozycja, która tam była, nagle zginie i nic nie zobaczymy. To wcale nie jest takie proste zadanie, żeby stwierdzić, jakie stany kwantowe ten komputer kwantowy czy inne urządzenie kwantowe naprawdę wytwarza. Tutaj może wrócę, taki rys historyczny. Jednym z takich ważnych przeciwników mechaniki kwantowej wręcz, może osób, które nie do końca się zgadzały z mechaniką kwantową, był Einstein. I on z Podolskim i Rosenem napisali słynną pracę pod tytułem „Czy mechanika kwantowa jest zupełna”, czy jest taką teorią kompletną, wskazując na pewne dziwności, które ona przewiduje. A później Bell, Clauser wymyślili metody, które pozwalały stwierdzić, że ta mechanika kwantowa naprawdę taka jest i nie ma dla niej alternatywy w takim sensie, w jakim proponował Einstein. Teraz my z kolei, nie tylko my, ale właśnie również nasi współpracownicy, wykorzystujemy i projektujemy takie nierówności, takie testy, często wzorowane właśnie na tych nierównościach Bella, które pozwolą stwierdzić, czy pewne stany kwantowe w tym komputerze kwantowym zostały osiągnięte, czy nie. I tu już mamy jakąś skuteczną współpracę z grupą z Bristolu, która budowała układ kwantowy fotoniczny i oni zwrócili się konkretnie z takim pytaniem, czy oni, czyli osoby, które zbudowały to urządzenie, czy my wytwarzamy, czy nie wytwarzamy stan GHZ w naszym urządzeniu? Oni nie byli w stanie na to odpowiedzieć sami. Natomiast we współpracy z Barceloną, Centrum Fizyki Teoretycznej uczestniczyło w tych badaniach, okazało się, że w jakimś dość wysokim stopniu byli w stanie wytworzyć ten stan. A teraz ta grupa z Bristolu założyła firmę i rozwija to w kierunku komputerów kwantowych. No ale potrzebni byli jednak ci teoretycy po drodze.

K.G.: Rok 2025 został ogłoszony przez ONZ międzynarodowym rokiem nauki i technologii kwantowej. Czy państwo obserwują, że ta dziedzina rozwija się właśnie w sposób bardzo dynamiczny? Czy mamy jakieś przyspieszenie? Bo nam, publiczności, trudno jest się zorientować. Wracam do tego, co było na początku: bardzo dużo PR-u, trudniej się, że tak powiem, ogarnąć, co jest rzeczywistym osiągnięciem, a co nie. A z państwa perspektywy, specjalistów, mamy tutaj jakieś przyspieszenie, jeśli chodzi o technologie kwantowe?

M.S.: Cały świat bardzo dużo finansów poświęca na technologie kwantowe, zarówno w Wielkiej Brytanii, w Unii Europejskiej, w Stanach, w Japonii. I to zawsze jest tak, że pieniądze przekładają się na sukces. No niestety technologie są bardzo drogie, eksperyment szczególnie jest bardzo drogi. I teraz wiadomo, że jeżeli są większe finanse, no to to wszystko posuwa się szybciej. No i ja pamiętam, że mówiło się o tych technologiach kwantowych 10 lat temu, w dawnych czasach, trochę tak jako ciekawostka, wtedy nikt nie myślał o tym, że to będzie przynosić w ogóle jakiekolwiek pieniądze. Natomiast w tym momencie mamy komputery, gdzie można się zalogować, wykupić czas i robić pewne obliczenia na tych komputerach. Może jeszcze to nie jest na poziomie, że jeżeli ja wykupię czas na jakimś superkomputerze klasycznym, to ja mogę ten podobny problem policzyć w podobnym czasie, na razie. Ale ja również mogę wykupić sobie czas na komputerze kwantowym i policzyć ten problem, czyli to już mam. Jesteśmy na poziomie, że każdy człowiek, każdy obywatel, może, jeżeli będzie chciał…

K.G.: I potrafił.

M.S.: Tak, i potrafił, albo wykupić czas, albo też są różne programy takie, że tam w mniejszym zakresie nawet bezpłatnie można mieć dostęp do komputera kwantowego. Jeżeli ktoś potrafi taki komputer programować, to już w tym momencie może zdalnie na takim komputerze działać. No więc to jest tak naprawdę w bardzo wymierny sukces, który jeszcze 10 lat temu wydawał się zupełnie nierealny. Także jeżeli przez tak krótki czas udało nam się posunąć tę technologię tak bardzo do przodu, to mi się wydaje, że przy podobnym nakładzie finansów, a jednak jest to zainteresowanie wszędzie tym tematem, myślę, że bardzo szybko będziemy na zupełnie innym poziomie i naprawdę te komputery będą o wiele lepsze niż klasyczne i będą w stanie rozwiązywać pożyteczne problemy.

K.P.: No ja zgadzam się z Marzeną. Na konferencjach naukowych teraz, tylko z mojej dziedziny, czyli atomy, molekuły, optyka kwantowa, myślę, że około połowa sesji jest poświęcona komputerom kwantowym i symulatorom kwantowym i widać ten postęp olbrzymi. Wiadomo było, że komputery kwantowe cierpią na brak odpowiedniej korekcji błędów. Pojawiają się nowe kody, i to właściwie z miesiąca na miesiąc są jakieś nowe pomysły. Musimy pamiętać, że jeszcze jesteśmy dalecy od zbudowania takiego uniwersalnego komputera kwantowego o dużej mocy obliczeniowej. Natomiast ja jestem zaskoczony tym, jak szybki ten progres jest. Nie mogę obiecać, że ten komputer będzie za 5 ani nawet nie mogę obiecać, że za 10 lat, po prostu tego nie wiemy, ale widzimy olbrzymi postęp.

K.G.: Ale raczej za naszego życia?

M.S.: Tak, bo komputer uniwersalny to jest taki koniec drogi, prawda? Ale zanim osiągniemy komputer uniwersalny, to mamy te symulatory kwantowe, które już działają, mamy sensory kwantowe, które już działają, i to jest tylko kwestia ulepszania ich, i to już działa. Komputer ten uniwersalny to jest ten trudny, trudny temat, ale to nie jest jedyna rzecz, którą można wykorzystywać.

K.G.: A czy ten uniwersalny komputer kwantowy zamknie wszystkie problemy w nauce? Połączy mechanikę kwantową z ogólną teorią względności, wrzuci się mu wszystkie te rzeczy i powie: wyjaśnij nam dokładnie, jak to wygląda.

K.P.: Nie, nie, nie. To jednak będzie urządzenie do obliczeń, więc możemy sformułować problem, musimy stworzyć jakiś model tego problemu, stworzyć kod. Pewne obliczenia taki komputer będzie w stanie wykonać szybciej niż obecne komputery, ale takie myślenie o tym, o tej teorii, co, jak, z czym jest połączone i dlaczego…

K.G.: Nie będzie kreatywny.

K.P.: Tak, nie będzie kreatywny, więc nie będzie w stanie rozwiązać takich problemów. Może pomóc w ich rozwiązywaniu o tyle, że pewne podproblemy można już przeformułować na jakiś problem obliczeniowy i na komputerze kwantowym może będziemy w stanie taki problem obliczeniowy rozwiązywać, ale tworzenie teorii to jest zupełnie inna bajka.

K.G.: Nie jestem pewna, czy to jest dobre pytanie, ale połączę to, takie gorące tematy, czyli z jednej strony technologii kwantową, a z drugiej sztuczną inteligencję. Czy można sobie wyobrazić…

M.S.: Też o tym myślałam, bo to też jest dziedzina, która już istnieje, także połączenie AI.

K.G: Już to się dzieje, tak?

M.S.: Tutaj już się dzieje, tak. No na razie…

K.G.: Jest mądrzejsza ta inteligencja kwantowa?

M.S.: Na razie jeszcze nie wiadomo.

K.P.: Pewnie nie, dlatego że komputery są zaszumione, więc ma się i taki szum z tego, że ta sztuczna inteligencja musi coś sobie zoptymalizować, i taki szum po prostu z niedoskonałości komputera kwantowego, ale pomysły są. Algorytmy już są tworzone.

M.S.: No i też się mówi, że może ta świadomość się wtedy pojawi? To są teorie, że jednak kwantowość jest potrzebna do świadomości. To oczywiście można się z tym zgadzać lub się nie zgadzać, ale są takie teorie. Penrose na przykład, znany fizyk, ma taką teorię, że świadomość to jest efekt kwantowy. No więc jeżeli to jest efekt kwantowy, jeżeli naprawdę jest to efekt kwantowy, no to sztuczna inteligencja, która istnieje obecnie, to jest klasyczna sztuczna inteligencja w komputerach klasycznych, no to że ona nie będzie miała świadomości, a że kwantowość może to jest świadomość, no więc to też jest jakaś teza. Oczywiście nie wiemy tego, ale…

K.G.: I co pani o tym myśli?

M.S.: To znaczy, no mózg jest kwantowy. Nasz mózg jest zbudowany z cząstek, to wszystko jest opisane mechaniką kwantową, więc jeżeli będziemy w stanie zbudować układ, który będzie dokładnie taki sam jak mózg, no to nie ma przeszkód. Powinno się pojawić coś, ta sztuczna świadomość, ale no w tym momencie to… Jesteśmy naukowcami, tak? Bez dowodów nic nie da się powiedzieć, tak albo nie, ale na pewno jest to możliwe. Jest to jakaś hipoteza, tak, którą można będzie kiedyś sprawdzić, jeżeli dotrzemy do tego etapu.

K.G.: A jak pan myśli, panie profesorze? Ja wiem, że nie wiadomo, teraz zwalniam państwa z bycia naukowcami, którzy muszą mówić superprecyzyjnie, ale trochę tak na czuja.

K.P.: Nie, ja jestem naukowcem, nie mogę spekulować, nie chcę spekulować. To zbyt trudne. Zgadzam się w pełni, że mechanika kwantowa jakby rządzi zachowaniem tych cząstek, które tworzą nas nasz mózg. Teraz pytanie, jak bardzo? To znaczy: jakie są efekty kwantowe, które wychodzą za no, taką, nie wiem, usprawnienie mechaniczne i usprawnienie jakichś reakcji chemicznych, no tego nie wiemy. Pytanie jest dobre.

K.G.: Czytałam o tym, że są takie pomysły, żeby z Europy stworzyć dolinę nie krzemową, ale kwantową właśnie. Czy faktycznie jest tak, że Europa intensywnie, intensywniej nawet niż inne regiony na świecie, inne państwa na świecie, inwestuje w technologie kwantowe?

K.P.: Europa dużo inwestuje, ale wydaje mi się, że jednak jest wyraźnie i za Stanami Zjednoczonymi, no i dwa, że się da powiedzieć, że również za Chinami w tym momencie.

M.S.: Nie no, ja bym chyba tak nie powiedziała.

K.P.: Nie?

M.S.: Ja bym powiedziała osobiście, że Europa jest pewnie na poziomie Stanów Zjednoczonych w tym momencie, bo jednak jest dużo tych komputerów kwantowych w Europie, firm, w Wielkiej Brytanii, we Francji, szczególnie uniwersytety.

K.G.: W rozumieniu, że to jest taki moment, gdzie trzeba zająć pozycję w tym wyścigu i nie można się spóźnić, bo znowu będziemy właśnie…

M.S.: Ja bym powiedziała, że chyba jesteśmy na poziomie Stanów w tym momencie. Nawet w naszym CDT, bo mamy Central Doctoral Training w UCL, właśnie UCL wygrało. To jest akurat inny temat zupełnie, ale wygraliśmy…

K.G.: Czyli University College London.

M.S.: Tak. Wygraliśmy konkurs na szkołę doktorancką w dziedzinie technologii kwantowych i już udało nam się wygrać to trzy razy. Nasi doktoranci jadą na taki tour wszystkich takich głównych, ważnych firm kwantowych i przez wiele lat to było organizowane w Stanach Zjednoczonych, a w tym roku podjęliśmy decyzję właśnie w Europie. Oni jeździli po tych firmach europejskich, dlatego że te firmy, już w tym momencie ja uważam, że są na podobnym poziomie co w Stanach Zjednoczonych. Więc ja bym powiedziała, no może jeszcze nie Polska, ale zachodnia Europa myślę, że jest na poziomie Stanów Zjednoczonych. Tak myślę.

K.P.: Z drugiej strony jednak najlepsze komputery to chyba są Google’a, IBM-a. QuEra, czyli grupa Mishy Lukina. Rozumiem, że jest to dyskusyjne. Też jest taki trend, że nawet jeżeli firmy powstają, nawet też w Wielkiej Brytanii, bo też mieliśmy taką wizytę w Wielkiej Brytanii, gdzie oglądaliśmy od środka, jak działa firma kwantowa, jak działa uniwersytet, jak ją wspiera, no to jednak w którymś momencie jak firmy osiągają sukces albo są coraz ważniejsze, to coraz większy jest wkład amerykański w te firmy. Jest widać taki proces, w którym te firmy przechodzą albo są zachęcane do przejścia do Stanów. Czy to zrobią czy nie, to zobaczymy. Na pewno Europa obudziła się. Kilka lat temu był taki słynny manifest naukowców, tak zwany Quantum Manifesto, w którym właśnie wskazano ten problem, że jeżeli nic nie zostanie zrobione, no to może być za późno za kilka lat. Europa zaczęła finansować w sposób taki przemyślany i strategiczny kwantowe technologie. To wymaga też strategii krajowych, to najważniejsze. Państwa jak Wielka Brytania, ma od lat taką strategię, od jakiegoś czasu też i Francja, teraz jest hiszpańska strategia kwantowa czy niemiecka, ale Polska takiej strategii nie ma. Nie wszystkie kraje mają, to jeszcze nie jest zsynchronizowane.

K.G.: A propos tego, że słuchają nas różne osoby, o czym wiem, to apelujemy też o taką strategię kwantową. Jeszcze chciałabym państwa na koniec poprosić o wyjaśnienie, skąd się wzięła współpraca między państwem, bo tutaj Warszawa, tutaj Londyn, tutaj Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej Akademii Nauk, tutaj University College London.

K.P.: Trochę w tym było przypadku. Ja jako dyrektor Centrum Fizyki Teoretycznej chciałem rozwinąć jednostkę, stworzyć nową grupę. Okazało się, że jest taki grant, i tutaj wielkie podziękowania dla Krajowego Punktu Kontaktowego za wsparcie, bo KPK wskazało nam, jakie granty istnieją i jak możemy zrealizować ten cel. W momencie dopiero, kiedy mieliśmy pomysł, taki grant jak ERA Chair, taki jest program europejski, który nam może pomóc. Zaczęliśmy myśleć, z kim najchętniej chcielibyśmy ten grant zrealizować, gdzie my mamy szansę, jakie są silne strony. W Centrum Fizyki Teoretycznej pracuje akurat Michał Matuszewski, który bardzo dobrze zna Marzenę, więc my w ramach Centrum mieliśmy taką burzę mózgów wszystkich profesorów, którzy wskazali Marzenę jako kontakt. Ja się odezwałem do Marzeny razem z Michałem i ona bardzo pozytywnie odpowiedziała, zgodziła się pomóc i jesteśmy tutaj.

K.G.: Żebyśmy zostawili naszych słuchaczy, szczególnie tych naukowych, bo też dużo naukowców, co mnie bardzo cieszy, słucha Radia Naukowego. Centrum Modelowania dla Technologii Kwantowych ma być, jak rozumiem, instytucją dla też naukowców, którzy mają jakiś problem, tak? I będą mogli przyjść, pogadać: sprawdźmy, zastanówmy się razem, tak? O to tutaj chodzi?

K.P.: Taki jest cel. Chcemy stworzyć też taką platformę, która będzie otwarta, to znaczy też naukowcy, którzy mają jakiś kod, który jest przydatny, a chcieliby ten kod udostępnić i w takiej wersji, żeby rzeczywiście był łatwy w użyciu przez innych użytkowników, my chcemy też w tym pomagać. Także z jednej strony zachęcamy do deponowania u nas kodów, zamierzamy w tym pomagać, zamierzamy się tego nauczyć, żeby robić to dobrze, a z drugiej strony właśnie chcę mieć bazę problemów, które będziemy w stanie rozwiązywać.

M.S.: Bo zaczniemy od stworzenia bazy naszych kodów, czyli stworzymy taki system, gdzie każdy będzie mógł sobie ściągnąć taki kod i używać do obliczeń. Więc zaczniemy od naszych, ale oczywiście jeżeli ktoś z jakichś innych jednostek naukowych będzie zainteresowany umieszczeniem swoich kodów, które byłyby przydatne do modelowania technologii kwantowych różnego typu, od symulatorów po sensory czy kryptografię, to będzie bardzo mile widziane i kody będziemy umieszczać. Chcemy stworzyć takie centrum modelowania systemów kwantowych w CFT.

K.G.: Skoro tak dużo się dzieje w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, to zdaje się, że przydałoby się też trochę więcej miejsca, nie?

K.P.: Tak, ja już tutaj żaliłem się. Wydaje się, że jednostka rozwija się bardzo dobrze, mamy coraz więcej współprac, świetne publikacje, też granty i też Unia Europejska bezpośrednio nam przekazuje środki na rozwój nauki, a mamy takie prozaiczne problemy, że nie ma po prostu miejsca. Poświęcamy dużo części grantów na wynajem przestrzeni w coraz to różnych lokalizacjach. Jesteśmy właścicielem jednego piętra, dostajemy kolejny grant, musimy zatrudnić 20 osób. Mamy chętne osoby z całego świata, które chcą sobie przyjść do jednostki. No jedynym rozwiązaniem jest używanie jakichś oszczędności, żeby wynająć kolejne miejsce, bo jednak granty nie są takie, żeby samodzielnie kupić budynek. Wydaje mi się, że to jest ważne, że państwo też musi tutaj pomóc, może nam, a może też innym jednostkom, może firmom, ale włączyć się w rozwój tych kwantowych technologii. My składamy oczywiście wnioski. Ja rozumiem, że też to dla ministerstwa nie jest łatwe, bo jest dużo różnych kierunków, które są obiecujące i to jest trudna decyzja. Natomiast wydaje mi się, że to byłby strzał w dziesiątkę, to znaczy w ciągu 10 lat inwestycja akurat w ten obszar po prostu się zwróci.

K.G.: Powodzenia. Bardzo dziękuję. Pani profesor Marzena Szymańska, dziękuję.

M.S.: Dziękuję.

K.G.: I pan profesor Krzysztof Pawłowski, dziękuję bardzo.

K.P.: Dziękuję państwu.