„Esu labai sužavėtas tuo, kaip čia vystomi lazeriai. Jūsų šalis turi stiprią reputaciją. (...) Ir manau, kad tai teisinga, nes kokybė yra nuostabi“, – LRT.lt sako Austrijos profesorius Philipas Waltheris. Birželį jo mokslinė grupė į kosmosą iškėlė pirmąjį pasaulyje kvantinį kompiuterį, kuris skaičiavimams pasitelkia šviesą, ir jame buvo integruotas lietuviškas lazeris.
„Prieš 40–50 metų tai buvo neįtikėtina. Tai buvo tarsi didžiausių ir protingiausių fizikos teoretikų svajonė. O dabar mes tai darome“, – taip apie pažangą kvantinės fizikos srityje kalba prof. dr. Philipas Waltheris. Kvantinių technologijų, pavyzdžiui, kvantinių kompiuterių, šerdį sudaro dalelės – atomai, jonai (įkrauti atomai), elektronai (atomų dalis) arba fotonai (šviesos dalelės), dėl to jie gali apdoroti tokius milžiniškus informacijos kiekius, kurie klasikiniams kompiuteriams neįkandami.
Pašnekovas LRT.lt papasakojo apie, jo nuomone, mūsų laukiantį kvantinį amžių, kuriame kvantinės technologijos bus visur – nuo palydovų iki mūsų telefonų.
STRAIPSNIS TRUMPAI
- Kvantiniai kompiuteriai gali vienu metu apdoroti milžiniškus kiekius skirtingos informacijos, pagreitinti tam tikras paieškos užduotis, padaryti DI efektyvesniu, užtikrinti didesnį informacijos saugumą.
- Ateityje tam tikros kvantinės technologijos gali būti integruotos į mūsų telefonus ar klasikinius kompiuterius.
- Philipo Waltherio grupė sukūrė ir į kosmosą iškėlė pirmąjį pasaulyje kompiuterį, kuris savo skaičiavimams pasitelkia šviesą. Toks kompiuteris turėtų pagreitinti ir palengvinti palydovuose vykstančios informacijos apdorojimą.
- Į kosmosą iškeltame kompiuteryje integruotas lietuviškos įmonės „Integrated optics“ lazeris.
- Pašnekovo nuomone, nors Lietuva ir yra naujokė kvantinių technologijų srityje, ji turi potencialo pasivykti kitas šalis, kurios šioje sferoje dirba žymiai ilgiau.
– Kokiu tikslu lankotės Lietuvoje?
– Oficialiai buvau pakviestas į hakatoną, kuris vyksta šiomis dienomis (lapkričio 14 d. Vilniuje, Fizinių ir technologijos mokslų centre, vyko hakatonas „Quantum Boost 2025“ – LRT).
O kita priežastis susijusi su lazerinių technologijų plėtra jūsų šalyje. Birželio mėnesį mes pristatėme optinį kvantinį kompiuterį (kuris veikimui naudoja šviesą – LRT), beje, pirmąjį pasaulyje. Jį paleidome į Žemės orbitą, kad išbandytume tam tikras savybes, dėl kurių kvantiniai kompiuteriai galėtų būti labai naudingi palydovų misijoms. Vieną kompiuterio komponentų [lazerį] mes įsigijome iš vienos Lietuvos įmonės. (...)
– Apie šią įdomią misiją norėčiau pakalbėti šiek tiek vėliau. Bet pirmiausia aptarkime pačias kvantines technologijas. Kaip paaiškintumėte, kas yra kvantinis kompiuteris, žmogui, kuris neturi fizikos žinių ar daug patirties šioje srityje? Kodėl jie yra labai svarbūs mūsų ateičiai? Kuo jie pažangesni už mūsų kasdien naudojamus įprastus kompiuterius? Kokias užduotis jie gali atlikti?
– Kvantinis kompiuteris informaciją apdoroja visiškai kitaip nei klasikinis kompiuteris. Pagrindinis kvantinio kompiuterio privalumas – kad jis gali vienu metu apdoroti daug skirtingų įvesties duomenų. (...) Kvantinėje fizikoje nešėjas, viena dalelė, gali nešti tiek daug skirtingos informacijos, kad jūs gaunate pranašumą, kurio kitaip neįmanoma pasiekti. Kitaip tariant, nesvarbu, ką bandytumėte daryti su klasikiniais kompiuteriais, jūs niekada negalėsite pasiekti tokio informacijos kiekio, kurį gali apdoroti kvantinis kompiuteris. Tai viena.
Tad dabar mes turime tai tinkamai panaudoti. (...) [Pasitelkę kvantinius kompiuterius] mes galime labai efektyviai imituoti ir rekonstruoti atomus ir ryšius tarp jų, o tai yra įdomu farmacijai ir visiems, kurie tiria medžiagas. Tai viena labai sudėtingų klasikinės kompiuterijos problemų – tik kelioms molekulėms modeliuoti įprastai reikalingi milžiniški kompiuteriai. (…) Ir čia kvantinis kompiuteris tarsi sako: „Aš iš tikrųjų esu sistema, sudaryta iš atomų, esu kvantinė sistema, galiu tai lengvai imituoti.“
Antra – tai susiję su saugumo klausimais. Gerai tai ar blogai, bet kvantinių technologijų kūrėjas gali labai efektyviai nulaužti visas dabartines šifravimo sistemas. Viena vertus, tai blogai, nes iš esmės keltų pavojų visoms mūsų pasaulinėms šifravimo sistemoms. Tačiau, manau, visos grėsmės turi ir privalumų, tai reiškia, kad turime galvoti apie priemones, kurios padėtų išvengti šių grėsmių.
Ir yra viena priemonė. Kvantinę fiziką taip pat galima naudoti duomenims apsaugoti. (...) Kitaip tariant, kvantinės technologijos yra žalingos, kai kalbame apie įsilaužimą į klasikinių kompiuterių sistemas, bet jos taip pat naudingos sprendimų, kurie galėtų pakeisti dabartinius šifravimo metodus ir mus apsaugoti, paieškai.
Be to, kvantiniai kompiuteriai gali pagreitinti tam tikras paieškos užduotis. Ir dar yra mašininis mokymasis. Žinoma, tai besivystanti sritis, bet manome, kad kvantiniai kompiuteriai gali būti efektyvesni ir galbūt sunaudoti mažiau energijos atliekant mašininio mokymosi (dirbtinio intelekto – LRT) užduotis. (...)
– Ar manote, kad ateityje galėsime naudoti kvantinius kompiuterius taip, kaip šiandien naudojame įprastus kompiuterius ir telefonus? Ar galėsime juos pakeisti kvantinėmis technologijomis? Ar tai išvis būtina?
– Mes nuolat judame nuo vienos tobulėjimo stadijos prie kitos. Taigi, manau, visuomet yra poreikis [tobulinti kasdienes technologijas]. Asmeniškai manau, kad didelis proveržis įvyks ruošiantis misijai leistis į Mėnulį. (...)
Vis tik manau, kad ilgainiui suprasime, jog mums nereikia vienos didelės mašinos. Galbūt bus daug lengviau sukurti papildomas detales, kurias galima įdiegti į klasikinę sistemą. Kitaip tariant, manau, mūsų tradiciniai kompiuteriai vis dar labai įspūdingi ir gerai veikiantys. Ateityje turėsime hibridinį sprendimą: kai kurie dalykai bus atliekami kvantiniu būdu, o kiti – tradiciniu. Toks būtų mano spėjimas. (…)
– O kaip dėl didelių pasaulinių problemų, pavyzdžiui, klimato kaitos? Ar kvantinės technologijos gali mums pasiūlyti sprendimą ar bent jau padėti jas stebėti ir valdyti?
– Gali būti. (...) Žinoma, rasime drąsių teiginių iš įmonių ar atskirų žmonių, kad galime sustabdyti klimato kaitą ir pan. Kaip mokslininkas, būčiau atsargesnis ir sakyčiau, kad dar nežinome, galbūt tai tik svajonė. Bet aš sakyčiau, kad turime viską, ko reikia, kad galėtume pasakyti, jog per ateinančius metus, galbūt dešimtmetį, paaiškės, ar bus kokių nors didelių proveržių, kurie leistų mums geriau modeliuoti klimatą, sumažinti energijos suvartojimą ir pan.
– Pereikime prie kosminės misijos. Kodėl mums reikalingi kvantiniai kompiuteriai kosmose? Ir kaip jums kilo mintis vieną jų paleisti į Žemės orbitą?
– Yra du atsakymai. Verslo požiūriu atsakymas toks: yra poreikis. Šiuo metu aplink Žemę skraido daugiau nei tūkstantis palydovų su kompiuteriais. Pavyzdžiui, Žemės stebėjimo [palydovai] stebi Žemę ir turi greitai nustatyti gaisrus miškuose arba laivus, išmetančius naftą į vandenį. Kad galėtų visa tai padaryti, [kompiuteriai, esantys palydovuose] turi būti labai efektyvūs, nes ten aukštai nėra daug vietos [dideliam kompiuteriui]. Be to, sąlygos siaubingos: šalta, vakuumas, jie privalo naudoti mažai energijos, nes turi mažus saulės baterijų skydelius. Ir tuo pat metu jie turi labai efektyviai apdoroti informaciją prieš siųsdami ją į Žemę.
Jei jie turi siųsti daugiau neapdorotų duomenų, tada kyla problema, nes reikia daugiau komunikuoti su palydovu, o tai sudėtinga, nes palydovai greitai juda. (...). Juos reikia stebėti brangiais teleskopais, o jie ten [kažkuriame taške] būna tik keletą minučių. Taigi, jei nevykdote efektyvios komunikacijos, turite problemą.
Apibendrinant, reikalingi labai geri, mažai energijos naudojantys kompiuteriai, kurie gali atlikti visas užduotis [apdoroti duomenis orbitoje]. Pamanėme, kad tai galėtų būti įdomi kvantinių kompiuterių tyrimų sritis. Kvantiniai kompiuteriai kosmose galėtų sunaudoti mažiau energijos arba greičiau mokytis ir pan. Tai yra verslo argumentas.
Smagus argumentas – su mumis dirba Vokietijos kosmoso agentūros atstovai, kurie užsiminė, kad galbūt yra galimybė paleisti palydovą ir mes turėtume apsvarstyti galimybę išsiųsti į kosmosą tam tikrą krovinį. Tada pagalvojome, kad esame mokslinė grupė, žinoma dėl tyrimų kvantinio mašininio mokymosi srityje, dirbame su optika, vienintele sistema, kurią galima lengvai paleisti kaip kvantinę kompiuterinę sistemą. Kitoms sistemoms, kurios naudoja atomus ir jonus, reikėtų daug sudėtingesnių vakuuminių kamerų, kad jas būtų galima paleisti. Tad kodėl nepabandžius?
Turiu nuostabią komandą, kuri tikrai padarė neįtikėtiną darbą per itin trumpą laiką. Nuo momento, kai nusprendėme, kad norime tai padaryti, iki galutinio krovinio paleidimo praėjo vos 18 mėnesių.
– Tad ar teisingai suprantu, kad kvantinis kompiuteris kosmose turėtų padaryti komunikaciją tarp palydovų ir Žemės efektyvesnę?
– Svarbiausia pagerinti kompiuterio našumą, kad jis veiktų greičiau ir sunaudotų mažiau energijos, dėl ko galiausiai palydovui nebereikės tiek daug komunikuoti su Žeme. Bet tai yra labai sudėtinga.
Pavyzdžiui, viena problema ta, kad kiekvienas kompiuteris kaista. Viršuje yra vakuumas, taigi šiluma yra rimta problema, nes jos negalima pašalinti.
Optika padeda, nes šviesa paprastai negeneruoja daug šilumos. Kvantinio kompiuterio fotonai taip pat pagreitina procesus. Mes norėjome parodyti, kad iš principo tai galima padaryti [kad kvantinis kompiuteris veiktų Žemės orbitoje]. Norime būti pirmieji, kurie tai įgyvendins.
Įsivaizduokite, kai eini į laboratoriją, kai matai, kaip šiandien atrodo laboratorijos, kuriose dirbama su kvantiniu kompiuteriu, tai tarsi stebuklinga patalpa. Atrodo, net nustoji kvėpuoti, nes viskas ten taip jautru ir turi būti suderinta iki mažiausių smulkmenų. (...) O dabar norime kompiuterį sumažinti, padaryti atsparesnį, kad jis išgyventų raketos paleidimą. Iš esmės norime padaryti taip, kad išmetus pro langą jis ir toliau veiktų. Tai nuostabu. (...)
– Kokie yra jūsų misijos rezultatai?
– Dar daug ko negaliu pasakoti, nes rezultatus norime paskelbti gerame žurnale. Šiuo metu dirbame prie [kompiuterio] derinimo ir operacijų, jos turėtų padėti pademonstruoti įdomiąją fiziką, kurią norime išbandyti. Tačiau jau dabar galime pasakyti, kad viskas veikia tinkamai, o tai jau yra didelis pasiekimas. (...)
– Kokia buvo misijos trukmė?
– Ji vis dar tęsiasi. Kompiuteris vis dar yra palydove, kuris skraido aplink Žemę. Mes esame didesnio palydovo dalis. (...) Tad nereikia per daug galvoti apie savo palydovo valdymą. Jis buvo paleistas birželio mėnesį. Tada prireikė kelių savaičių, kad viskas būtų suderinta ir būtų galima pradėti su juo komunikuoti.
Dabar mes vieną po kito paleidžiame savo komunikacijos protokolus, kad patikrintume, ar viskas veikia gerai, ar veikia ši, ana sistema.
Šiuo metu pradedame išbandyti kvantines funkcijas. (...) Tikimės, kad galėsime jį [kompiuterį] naudoti apie metus. Mums taip pat įdomu sužinoti, kaip greitai jis numirs. (...) Jautrūs palydovų prietaisai kosmose kenčia nuo stiprios radiacijos. Taigi jie susidėvi. Tada palydovai tam tikru momentu nukrenta į Žemę – tiesiog sudega, tiesiog išnyksta atmosferoje. (...)
– Anksčiau užsiminėte, kad į orbitą iškeltame kvantiniame kompiuteryje yra integruotas lietuviškas lazeris. Kodėl šiam projektui pasirinkote būtent lietuvišką įmonę?
– Dėl reputacijos. Tiesą sakant, tai buvo mūsų komandos sprendimas. Turime labai stiprią komandą, dirbančią kvantinės programinės įrangos srityje. (...) Jie išsiaiškino, kad lietuviška įmonė gali pagaminti kosminėms sąlygoms pritaikytas lazerines sistemas. Kadangi turėjome pagrįsti tokį laiko spaudimą, paprašėme šios srities ekspertų atlikti tam tikrus tyrimus ir pateikti rekomendacijas. Galiausiai remdamiesi savo patirtimi nustatėme, kad įmonė „Integrated optics“ turi lazerį, kuris yra mums tinkamas. Tad nusprendėme eiti šiuo keliu ir kol kas viskas veikia puikiai.
– Ar anksčiau teko girdėti, kad Lietuva jau turi sukaupusi daugybę metų patirties lazerių srityje?
– Žinoma. Esu labai sužavėtas, kaip čia vystomi lazeriai. Jūsų šalis turi nepriekaištingą reputaciją. (...) Ir manau, kad tai teisinga, nes kokybė yra nuostabi. Daugelis laboratorijų visoje Europoje naudoja šias [lietuvių sukurtas] sistemas.
– O kaip vertinate mokslinius darbus, kuriuos lietuviai atlieka kvantinės fizikos srityje?
– Man malonu matyti iniciatyvą. Jūsų šalis visada yra labai proaktyvi. Atrodo, kad čia kvantinė fizika taip pat laikoma įdomia kryptimi, kuria verta eiti ir kurti ekosistemą.
Kalbant apie mokslinius tyrimus, šiuo metu ne tiek daug grupių dirba šioje srityje. Tai akivaizdu. Bet tai manęs netrikdo, nes matau akivaizdų dalyką – jūs judate gera kryptimi, matau potencialą. Galiausiai daugiau grupių įsijungs į kvantinių technologijų sritį ir pasivysite kitas [šalis], juk turite stiprias lazerinių technologijų įmones, kurios glaudžiai bendradarbiauja su čia veikiančiomis mokslinėmis grupėmis.
Esate naujokai, bet nematau jokios priežasties, kodėl per kelerius metus negalėtume pasivyti kitų šalių ir pasiekti panašaus lygio kaip šalys, kurios kvantinių technologijų srityje dirba daug ilgiau.
Apskritai, manau, eiti šia kryptimi yra labai svarbu. Didelė tikimybė, kad su tuo iš tiesų yra susijęs ir technologijų paradigmos pokytis. Kalbu apie tai, kad arba jūs kuriate savo technologijas, arba kenčiate, nes turite pasikliauti kitais, kurie jums jas tiekia.
O jei kyla politinės įtampos, kvantinės technologijos tampa ir politine problema. (...) Taigi mano šalyje vis daugiau politikų supranta, kad turime puikių grupių, kodėl gi nepadarius visko patiems, nesukūrus technologijų ir galutinių produktų. Manau, kad ir jums labai svarbu sukurti savo ekosistemą. (...) Tikiu, kad kvantinis amžius tikrai ateis.
– Jūs esate startuolio „QUBO Technology“ (kitaip dar – „Kvantinės technologijos visiems“) bendraįkūrėjis. Jūsų misija skamba taip: „Technologijos yra pagrindinis būdas spręsti kai kurias labiausiai pasaulį slegiančių problemų“, o jūsų vizija – „Turime pasinaudoti kvantinės fizikos privalumais, kad pagerintume visiems gyvenimą“. Ar galėtumėte apie tai papasakoti šiek tiek daugiau?
– Manau, kad kvantinės technologijos bus visur, (…) Jei pagalvotumėte apie daiktų internetą, šiandien viską darote išmaniuoju telefonu: nuo apsipirkimo iki mokėjimų. Manau, kad čia kvantinės technologijos bus panaudotos pirmiausia. Arba bent jau jos mums parodys, ką reikia patobulinti, kalbant apie dabartines mūsų sistemas. Ateities kompiuteriai ir, manau, mūsų išmanieji telefonai bei kiti išmanieji įrenginiai turės kvantinius lustus. Tai gali būti kamera, galinti jausti, tai gali būti lustas, pagreitinantis visas operacijas. (...)
– Kada viso to turėtume tikėtis?
– Žmonės dažnai sako: penkeri–dešimt metų. Neabejotinai, kvantinė kriptografija, skirta mokėjimų apsaugai, šiuo metu iš tiesų keičiasi. Įmonės labai svarbias sistemas keičia į kvantines. Sakyčiau, kad per ateinančius penkerius metus čia matysite pokyčius, o galbūt po dešimties metų duomenų apsaugai bus plačiai naudojama kvantinė kriptografija.
Kalbant apie kvantinius kompiuterius prognozuoti sunkiau, nes ši sritis daug sudėtingesnė. Tikriausiai tik keletas mašinų, skirtų labai specifinei užduočiai, galės veikti, o tada prireiks laiko, kad jos taptų prieinamesnės. Sakyčiau, kad geram kvantiniam kompiuteriui sukurti prireiks mažiausiai dešimties metų, o tada dar dešimties metų, kol jis taps prieinamu įrenginiu. Bet tai tik ateities prognozės.
Žinoma, yra ir [kvantiniai] jutikliai, su kuriais mūsų mokslinė grupė nedirba, bet kitos grupės yra labai įsitvirtinusios [šioje srityje] ir turi labai patobulintus jutiklių metodus, naudojančius atomus, dirbtinius atomus, kuriuos galima kontroliuoti. Jie labai jautrūs magnetiniams laukams ar gravitacijai, tad galėsite daug geriau aptikti gravitacijos poveikį arba, pavyzdžiui, vietas, kur galima rasti naftos. (...) Tai taip pat gali būti pasiekiama per penkerius ar dešimt metų.
– Gerai, kad paminėjote kvantinius jutiklius, nes įprastai kalbame tik apie kvantinius kompiuterius, tačiau juk kvantinių technologijų rūšių yra daugybė.
– Taip, yra daug skirtingų technologijų.
– Jūsų startuolis vysto du pagrindinius projektus: „PayTech“ ir „BrainTech“. Kas tai per projektai?
– Gerai žinoma, kaip užtikrinti saugų ryšį naudojant kvantines technologijas. Prieš kelerius metus mūsų grupė padarė proveržį, kurį įregistravome kaip patentą. Mes suradome kitą [kvantinės fizikos] taikymo būdą, kuris leidžia apsaugoti banką, klientą ir pačią pinigų pervedimo operaciją. (...) Tai yra visiškai nauja schema.
Iš diskusijų su bankais supratome, kad tai tikrai įdomu. Mums buvo aišku, kad dabar tai turėtų persikelti iš universiteto į įmonę. Tai yra „Paytech“. „Braintech“ taip pat kilo iš mūsų universitete vykdytų tyrimų, kai sukūrėme patobulintą kvantinį mašininį mokymąsi, mašininį mokymąsi su kvantine šviesa. (...) Bandome sukurti pirmąjį kvantinį neuroną kaip mažą įrenginį, kuris imituoja smegenų veiklą. Jis veikdamas galėtų naudoti kvantinę šviesą.
– Kuo tai skiriasi nuo dirbtinio intelekto?
– Tai ir yra dirbtinis intelektas, bet jis pagrįstas kvantine šviesa. Taigi tikimės gauti kvantinį pagreitį, kvantinės mechanikos teikiamas naudas, pavyzdžiui, kaip minėjau, apdoroti daug daugiau informacijos. (...)
– Tad iš esmės siekiate patobulinti dirbtinį intelektą, sukurti tam tikrą superintelektą?
– Būtent. Norime padidinti jo efektyvumą – kad jis veiktų greičiau ir sunaudotų mažiau energijos.
