Kliknąłeś w wilka brawo !

Polscy naukowcy otrzymali dostęp do komputerów kwantowych poprzez chmurę. To jedyne takie przedsięwzięcie w całej Europie Środkowo-Wschodniej.

Dzisiaj w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym z udziałem wiceministra Janusza Cieszyńskiego odbyła się uroczystość inauguracji pierwszego w Europie Środkowo-Wschodniej hubu kwantowego. Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe (PCSS), afiliowane przy Instytucie Chemii Bioorganicznej Polskiej Akademii Nauk, dołącza do sieci IBM Quantum Network i będzie rozwijać technologie obliczeń kwantowych i ich zastosowań. Projekty będą realizowane we współpracy z pozostałymi węzłami światowego ekosystemu IBM Quantum Network.

„Uruchomienie IBM Quantum Hub w Polsce to przełomowy krok w kierunku rozszerzenia naszego ekosystemu kwantowego. Współpraca z IBM pozwoli PCSS na przeprowadzanie nowych odkryć w zastosowaniach dla obliczeń kwantowych, które mogą ostatecznie pomóc w pokonywaniu wyzwań związanych z tworzeniem nowych materiałów lub leków – mówi Marcin Gajdziński, Dyrektor Generalny IBM Polska i Kraje Bałtyckie.

IBM wybrał do współpracy PCSS, ponieważ Centrum prowadzi od wielu lat prace badawczo-rozwojowe w zakresie obliczeń kwantowych oraz komunikacji kwantowej. „Dostęp do komputera mogą uzyskać użytkownicy systemów obliczeniowych PCSS, centrów superkomputerowych oraz instytucji, które uzyskająstatus członka hubu na podstawie złożonych projektów eksperymentów obliczeniowych” – powiedział redakcji „Computerworld Polska” dr inż. Cezary Mazurek, Pełnomocnik Dyrektora IChB PAN ds. PCSS. „Z tego dostępu skorzystają także uczelnie, które zamierzają kształcić studentów w zakresie obliczeń kwantowych” – zauważa prof. dr hab. inż. Roman Słowiński, wiceprezes Polskiej Akademii Nauk. „Jako pierwsza polska instytucja dołączająca do IBM Quantum Network będziemy mogli rozwijać przyszłościowe kompetencje w zakresie obliczeń kwantowych, tworzyć wyspecjalizowane oprogramowanie oraz nowe narzędzia programistyczne dla użytkowników końcowych” – dodaje dr hab. inż. Krzysztof Kurowski, Dyrektor Techniczny PCSS.

Realizacja projektu odpowiada na potrzeby zespołów naukowych, z którymi PCSS współpracuje jako operator infrastruktury informatycznej nauki, w szczególności infrastruktury obliczeń HPC.
Co oznacza komputer kwantowy dla naukowców, przemysłu i Polski?

Komputery kwantowe pozwalają przeprowadzić najbardziej skomplikowane, wieloczynnikowe i wieloparametryczne symulacje w złożonych oraz dynamicznych procesach z zakresu inżynierii materiałowej oraz nauk o życiu, w tym chemii i biomedycynie oraz innowacji w przemyśle farmaceutycznym. Potwierdzeniem potencjału komputerów kwantowych może być duże zainteresowanie innowacyjnych organizacji, jak NASA, Lockheed Martin, Los Alamos National Laboratory czy Volkswagen Group, które zakupiły dla swoich potrzeb symulacyjnych i obliczeniowych dwie najnowsze generacje komputerów kwantowych.

„Obserwowany dynamiczny rozwój komputerów kwantowych, w szczególności w okresie ostatnich kilku lat, pozwala stwierdzić, iż zasadnym założeniem jest jak najszybsze rozpoczęcie prac w zakresie rozwoju algorytmów kwantowych z możliwością wykonywania eksperymentów obliczeniowych z wykorzystaniem komputerów kwantowych. Dostępna liczba kubitów oraz poziom korekcji błędów zaimplementowana w dostępnych komputerach kwantowych jest wystarczająca, aby rozważać je nie tylko jako nowoczesne narzędzie eksperymentalnego wsparcia obliczeń wysokiej wydajności, ale dostrzegać w nich realne możliwości praktycznego wykorzystania i nowych zastosowań. Z perspektywy wydajności obliczeń w pierwszej kolejności należy założyć wykorzystanie komputerów kwantowych jako element akceleracji wysokowydajnych obliczeń w powiązaniu z technologiami HPC dla wybranych klas problemów, a w nieodległej przyszłości również realnej alternatywy dla specjalizowanych wysokowydajnych obliczeń. Komputery kwantowe oparte na kubitach mają potencjał do oferowania ogromnej wydajności obliczeniowej dostępnej dla rozwiązywania zarówno naukowych, jak i praktycznych problemów w skali, która nigdy wcześniej nie była dostępna dla superkomputerów. Zupełnie nowy sposób realizacji symulacji i obliczeń kwantowych będzie umożliwiać w ułamkach sekund przeprowadzenie obliczeń wielkiej wydajności na poziomie przewyższającym moc obliczeniową dostępnych dziś na świecie superkomputerów i daje szanse na rozwiązywanie najbardziej złożonych zadań” – tłumaczy dr inż. Cezary Mazurek. Istotną cechą komputerów kwantowych jest również to, że dostarczają wyniki obliczeń w stałym czasie niezależnie od ilości analizowanych danych i złożoności problemu rozpatrując równolegle całą przestrzeń rozwiązań.

Najważniejsze zadania, planowane przez polskich naukowców, których realizacja wymaga dostępu do komputera kwantowego to m.in:

1. Opracowanie algorytmów kwantowych dla obliczeń z wykorzystaniem alokacji na komputerze kwantowym wraz z eksperymentami obliczeniowymi na komputerze kwantowym:

- Chemia kwantowa - Uniwersytet im. Adama Mickiewicza - Wydział Chemii

- Kwantowe uczenie maszynowe - Uniwersytet im. Adama Mickiewicza - Wydział Fizyki

- Kwantowa optymalizacja i systemy wspomagania decyzji - Politechnika Poznańska - Wydział Informatyki i Telekomunikacji

- Topologia i geometria w mechanice oraz obliczeniach kwantowych - Centrum Fizyki Teoretycznej PAN.

2. Dostęp do wirtualnego środowiska realizacji eksperymentów obliczeń kwantowych dla zespołów biorących udział w budowie Narodowego Laboratorium Fotoniki i Technologii Kwantowych w Polsce.

3. Wsparcie zespołu ekspertów i popularyzacja prac w ramach wydarzeń organizowanych przy Sekcji Obliczeń Kwantowych, Komitetu Informatyki, Polskiej Akademii Nauk.

4. Udostępnienie zasobów na potrzeby programu studiów prowadzonego przez polskie uczelnie przy współpracy z IBM Polska.

5. Przygotowanie polskiego biznesu i nauki na erę informatyki kwantowej oraz ustalenie priorytetów, dla wykorzystania nowych możliwości technologii obliczeniowych i minimalizacji ryzyka zagrożeń konkurencyjnych dla polskiej gospodarki.

6. Edukacja i budowanie kwantowych umiejętności technicznych oraz angażowanie zespołów technicznych/naukowych w uczenie się poprzez praktyczne stosowanie algorytmów kwantowych.

Dr inż. Cezary Mazurek ujawnia najbliższe plany PCSS w związku z hubem na przyszłość. Po pierwsze, aktywna współpraca w ramach sieci 20 innowacyjnych ośrodków świadczących usługi Q Hub i wyznaczających kierunki rozwoju informatyki kwantowej na świecie, m.in.:

• CERN Openlab (UE)

• Oak Ridge National Lab (USA)

• CSIC Spanish National Research Council (UE)

• University of Melbourne (Australia)

• KEIO University (Japonia)

Po drugie, hub kwantowy otwiera możliwość opracowywania wczesnych prototypów aplikacji i algorytmów ze światowymi ekspertami w branży obliczeń kwantowych. Silne kompetencje polskiej nauki i wczesny, aczkolwiek dynamiczny rozwój informatyki kwantowej daje szanse na budowę wielu przewag konkurencyjnych polskiego przemysłu i własności intelektualnych, które mogą być istotnym wkładem w rozwój gospodarki światowej oraz wyzwań przed jakimi stoi ludzkość.

Po trzecie, uzyskana dotacja zgodnie z warunkami, nie jest przeznaczona na cele gospodarcze. Jednakże, wkład w budowanie kompetencji i narzędzi związanych z technologią obliczeń kwantowych na tak wczesnym etapie jej rozwoju jest szansą na osiągnięcie pozycji pozwalającej na wzmocnienie konkurencyjności polskiej gospodarki na rynkach międzynarodowych w wielu branżach, poprzez między innymi:

• przyspieszenie obliczeń symulacji ilościowej handlu finansami takich jak wycena instrumentów pochodnych, pozwalające na ulepszenie instrumentów finansowych;

• przeprowadzanie złożonych symulacji scenariuszy w różnych branżach (niewystarczająca liczba symulacji ma wpływ na przyjmowane założenia i dokładność oszacowań);

• podnoszenie jakości i sprawności algorytmów sztucznej inteligencji dzięki wykorzystaniu nowych właściwości komputerów kwantowych do lepszej reprezentacji danych, atrybutów opisujących zbiory danych i referencyjnych wzorców.

Przełomowym momentem w trwającym od niemal roku procesie uzyskania dostępu do komputera kwantowego, były ustalenia jakie zapadły w listopadzie 2021, na konferencji IMPACT w Poznaniu, gdzie uzyskano dla tej inicjatywy poparcie ministra ds. cyfryzacji Janusza Cieszyńskiego i Kancelarii Prezesa Rady Ministrów. Inicjatywa PCSS sfinansowana będzie dotacją celową Prezesa Rady Ministrów ze środków będących w dyspozycji Ministra Cyfryzacji. Polska będzie wykorzystywać komputery kwantowe na potrzeby cyberbezpieczeństwa i sztucznej inteligencji, w tym także jako wsparcie dla innowacyjnych rozwiązań w przemyśle, technologiach kosmicznych, metrologii, czy też w modelowaniu kryzysowym. Dofinansowanie nie obejmuje działalności badawczej, lecz umożliwienie dostępu dla użytkowników polskich centrów obliczeniowych, uczelni i instytutów naukowych.

„Dodatkowo, warto zaznaczyć, iż proces technologiczny i dostępne implementacje komputerów kwantowych potrzebują niewspółmiernie mniej energii elektrycznej w procesie obliczeń, a co ważniejsze poziom energii praktycznie nie ulega zwiększeniu wraz ze wzrostem liczby kubitów oraz dostępnej wydajności obliczeń. To kolejny poważny argument dla inwestycji w działalność badawczo-rozwojową z obszaru obliczeń kwantowych i rozbudowę e-infrastruktury opartej na komputerach kwantowych” – wyjaśnia dr inż. Mazurek.

Centra IBM Quantum Network to wysokiej klasy społeczność globalna, skupiająca firmy z listy Fortune 500, start-upy, instytucje akademickie i laboratoria badawcze, które pracują nad rozwojem obliczeń kwantowych i badają ich praktyczne zastosowania. Członkowie sieci i zespoły IBM Quantum wspólnie badają i analizują, w jaki sposób obliczenia kwantowe mogą pomóc i zmienić nowoczesne IT w wielu branżach i dyscyplinach, m.in. w finansach, energetyce, chemii, materiałoznawstwie, optymalizacji i uczeniu maszynowym. IBM Quantum to pierwsza w branży inicjatywa mająca na celu budowę uniwersalnych systemów kwantowych do zastosowań biznesowych i naukowych.