Sprawy nauki

09 Września

Fot. Tomasz Kowalczyk

Strategia kwantowa: za mało o tym, w czym jesteśmy mocni

Pod koniec sierpnia Ministerstwo Cyfryzacji opublikowało założenia do krajowej polityki rozwoju technologii kwantowych. Polska strategia, rozpisana na 10 lat, ma się opierać na inwestycjach o wartości co najmniej 1 mld euro w takie dziedziny, jak obliczenia kwantowe, infrastruktura kwantowa, komunikacja, sensoryka i metrologia. O komentarz poprosiliśmy dr. hab. Michała Parniaka z Centrum Optycznych Technologii Kwantowych w Centrum Nowych Technologii CeNT UW oraz Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Bardzo dobrze, że w ogóle zaczęto prace nad polityką kwantową, bo jeśli chodzi o krajową strategię to jesteśmy białą plamą w Europie. Słusznie też zidentyfikowano obszary, jakie istnieją w zakresie technologii kwantowych, a więc nie tylko obliczenia kwantowe, ale też sensory czy komunikacja. To nie są tanie rzeczy, dlatego kwota 1 mld euro w przeciągu 10 lat mogłaby mocno pchnąć nas do przodu. Dla porównania powiem, że w Danii tylko na program dotyczący „quantum computing” przeznaczono miliard koron, czyli ok. pół mld zł. Oczywiście, pozostają dwa pytania: na ile to realna suma do rozdysponowania w kwantach i jak ją zamierzamy wykorzystać. Moim zdaniem zakup gotowych rozwiązań za granicą mija się z celem, bo nie wspiera polskiej nauki i polskich firm, a po drugie – nie daje większych perspektyw, bo za 10 lat rzeczy, które teraz kupimy, staną się już przestarzałe.

Obrany horyzont czasowy jest w moim przekonaniu słuszny. W Wielkiej Brytanii również mają 10-letni plan, w Korei – 15-letni. W każdym razie przez dekadę można już coś dużego zaplanować. Zauważyłem jednak, że w kolejnych fazach (2025–2027, 2028–2030, 2031–2035) przewidziano tylko wdrażanie tego, co odkryliśmy w poprzednich, podczas gdy trzeba zostawić pole do nowych rzeczy. Nie można zapominać, że nadal musimy prowadzić badania podstawowe, które dopiero doprowadzą do rewolucji technologicznej. Mówienie, że tylko w dwóch pierwszych latach mamy Proof of Concept, a potem tylko wdrażamy, to błąd.

Opisując stan obecny kwantów w Polsce, wskazano słabe i mocne strony. Do tych drugich bez wątpienia słusznie zaliczono kompetencje teoretyczne, w tym matematykę, kryptografię, informatykę czy fizykę. Podobnie udział w projektach międzynarodowych, jak koordynowany przez Narodowe Centrum Nauki program QuantERA. Na plus zaliczyłbym także ekosystem. Zaczynają działać start-upy – nawet w moim labie realizujemy już komercyjne zlecenie dla Europejskiej Agencji Kosmicznej związane z technologią kwantową (w ramach UWRC sp. z o.o. – dop. MK) – funkcjonuje również Klaster Q, zrzeszający firmy kwantowe i uczelnie. Do mocnych stron nie zaliczyłbym jednak infrastruktury. Faktem jest, że poczyniono pewne kroki w konstrukcji sieci kwantowych, np. na moim wydziale jestem w stanie otrzymać sygnał z zegara z Torunia. Konwencjonalna infrastruktura obliczeniowa, tzn. centra superkomputerów, mamy – na ile się orientuję – całkiem niezłe, natomiast niekoniecznie ma to ścisły związek z technologiami kwantowymi.

Jeśli chodzi o słabe strony, to bezapelacyjnie zgadzam się z tym, że finansowanie nauki i wdrożeń jest u nas na krytycznie niskim poziomie. Dostrzegam również niedostateczne powiązanie nauki z przemysłem. Taka współpraca na uczelniach nie jest odpowiednio doceniana, liczą się tylko publikacje, a poza tym trzeba uważać, by nie wpaść w mechanizm nielegalnego partnerstwa publiczno-prywatnego. Mam z kolei wątpliwości, co do wpisania do tej części rozproszenia inicjatyw między instytucjami. Wydaje mi się, że projekty realizowane na jednej uczelni działają dużo wydajniej niż w konsorcjach i nie ma potrzeby wymuszania kooperacji, bo sieciowanie następuje w sposób naturalny wtedy, gdy jest potrzebne. W krajach, które mają bardziej rozwinięte ekosystemy kwantowe, rozproszenie też ma miejsce. Podobnie uważam, że brak systemowej ścieżki kształcenia wcale nie musi być wadą. Czy naprawdę należy tworzyć specjalne studia z technologii kwantowych? Moim zdaniem w zupełności wystarczą obecne kierunki uwzględniające to, co ktoś chce robić w kwantach (np. fizyka czy informatyka), kształcenie w explicite technologiach kwantowych na poziomie licencjatu odbieram jako czysty marketing. No, chyba że pewien poziom marketingu jest dziś niezbędny…

To, co najbardziej uderzyło mnie w tych założeniach, to brak wyraźnego zaznaczenia tematów, w których już dziś jesteśmy mocni. Przykładem mogą być sensory czy elektrometry atomowe, które budujemy najlepsze na świecie. W polskich laboratoriach rozwija się też z powodzeniem magnetometrię kwantową. W tej naszkicowanej strategii wspomniano tymczasem grawimetry, ale w Polsce ich się nie tworzy, choć są rzeczywiście wykorzystywane przez kilka grup badawczych. Nie wskazano konkretnych technologii, które realnie w Polsce są rozwijane i to na wysokim poziomie, na, bawet się je komercjalizuje. Wygląda to tak, jakby napisano dokument o dowolnym kraju usiłującym wejść w technologie kwantowe. Zdaję sobie sprawę z tego, że takie raporty powinny być na tyle ogólne, by pozostawić jakieś pole manewru, ale dobrze by było, żeby w ostatecznej wersji, po konsultacjach, zidentyfikowano jednak konkretne przykłady technologii, w których już dziś jesteśmy w europejskiej czołówce. Jeśli taka strategia ma później trafić na biurko np. premiera, to musi on dostać czarno na białym informację, w co swojego mamy inwestować.

W założeniach zarekomendowano cztery główne dziedziny w obszarze kwantów, przy czym w obliczeniach kwantowych jesteśmy akurat niesamowicie w tyle. To nasza główna słabość, więc wybór tej specjalizacji jest nieco na wyrost. Owszem, mamy centra superkomputerowe, w których są maszyny kwantowe i to oczywiście są dobre narzędzia dydaktyczne, ale niewiele poza tym. Nie mamy żadnej technologii obliczeń kwantowych, którą byśmy budowali od zera. Moja grupa ma jeden patent i parę publikacji, ale co z tego, skoro nie mamy funduszy, żeby to przekształcić w aplikacyjny komputer kwantowy. Więc jeśli chodzi o „quantum computing”, to od strony infrastrukturalno-sprzętowej nie mamy praktycznie nic. Na Politechnice Warszawskiej infrastruktura dla komputera kwantowego dopiero powstaje. Myślę, że powinniśmy jednak postarać się budować na razie eksperymenty, a dopiero potem myśleć o przekształceniu ich w maszyny kwantowe.

Siłę możemy za to pokazać w sensoryce. W moim laboratorium dysponujemy technologią opartą na atomach rydbergowskich, czyli tych samych, co do komputera, tylko że używamy ich do sensoryki pól mikrofalowych. Można je zastosować w radiu, w telekomunikacji, w obserwacjach Ziemi z kosmosu. W sensoryce i metrologii kwantowej Polacy są bardzo mocni zarówno teoretycznie, jak i doświadczalnie. Na te obszary warto postawić, bo jesteśmy w nich nieźli, a i konkurencja jest istotnie mniejsza niż w komputerach kwantowych. Jako ciekawostkę mogę powiedzieć, że sensorami, które konstruujemy, interesują się Amerykanie, którzy przecież komputery kwantowe mają swoje.

Musimy rozsądnie wybrać te specjalizacje, w których już dziś mamy przewagę, a więc oprócz sensoryki również elektroniczne systemy sterowania, generatory liczb losowych, a także „quantum for space”, czyli różne technologie kwantowe dla zastosowań w przemyśle kosmicznym. Ten ostatni obszar w ostatnich latach rozkwitł w Polsce, jesteśmy w nim bardzo aktywni. Również komunikacja optyczna ma w sobie wiele elementów kwantowych i mamy w tym zakresie naprawdę świetne grupy.

Podsumowując, w obecnej formie dokument ten za mało identyfikuje nasze mocne strony. Trudno zatem, żeby taka strategia spajała wszystkie ośrodki, skoro pomija kluczowe badania kwantowe już dziś prowadzone w Polsce. W ogóle sądzę, że brak wśród autorów tej publikacji czołowych polskich kwantowców, to nieporozumienie, które mam nadzieję zostanie naprawione poprzez wysłuchanie naszego głosu w toku konsultacji. W każdym razie już pracuję nad swoimi uwagami, które z pewnością zgłoszę.

Not. Mariusz Karwowski

Ministerstwo Cyfryzacji opublikowało założenia polityki rozwoju technologii kwantowych