Хила Сафи | Изобретател на годината | PhD
Квантовите компютри обещават да решат проблеми, с които класическите компютри просто не могат да се справят. На теория. На практика обаче те са невероятно деликатни: преминаващ камион, внезапно бръмчене от климатика или дори включване на светлина в съседна стая могат да накарат системата да реагира чувствително на промените в околната среда. Ето защо тези устройства досега са били ограничени до високоспециализирани лаборатории, екранирани като пациенти в интензивно лечение. За компаниите, които се стремят да интегрират квантови компютри в продуктивна среда, това представлява значително предизвикателство.
Хила Сафи, заедно с колегите си, е пионер в новаторско решение на този проблем, като й спечели наградата „Изобретател на годината 2025“ в категорията „PhD“. Тяхната иновация е цифров близнак предназначен да симулира точно как един квантов компютър ще функционира и да бъде интегриран в типична индустриална обстановка. „С този цифров близнак можем да управляваме квантови компютри в реална среда - безопасно, стабилно и надеждно“, обяснява докторантът от Регенсбургския университет за приложни науки.
Квантовите компютри разчитат на кубити — основните квантово-механични единици на информацията. Кубитът представлява състоянието на физическата система, действайки като носител на информация и използвайки квантови явления като суперпозиция и заплитане.
Тези физически състояния са изключително крехки. Дори минимални смущения, като електромагнитни полета или фини промени в структурата на помещението, могат да повредят изчисленията. Макар и управляеми в контролирана лабораторна среда, тези фактори представляват значително предизвикателство на фабричния етаж.
„Надеждната работа на квантовия компютър наистина зависи от заобикалящата го среда“, обяснява Сафи. „Дори малки вибрации или температурни промени могат да причинят грешки, поради което е толкова важно да се симулират и разбират тези ефекти рано.“ Досега индустрията не е намерила достатъчно надеждни квантови системи. Без силни и предвидими резултати използването им в бизнеса е твърде рисковано. Много въпроси за това къде да ги поставите, колко стабилни ще бъдат и цялостната им полезност затрудняват компаниите да решат дали и къде да инвестират.
Именно тук иновативният дигитален близнак на Safi предлага пробив. Той практически възпроизвежда квантов компютър и предвидената му работна среда преди физическата инсталация. Моделът интегрира данни от сензори за околната среда, статистика за грешки и симулации на потенциални източници на смущения с известните хардуерни характеристики.
Този проактивен подход позволява предварително да се отговори на важни въпроси: Може ли квантовият компютър да работи ефективно в индустриалната среда? Какви видове грешки се очакват? Колко значително биха влошили качеството на изчисленията? И какви мерки, като подобрено екраниране, алтернативно разположение или адаптивно калибриране, биха били необходими за стабилизиране на системата?
Например, помислете за производствена зала, където се използват транспортни роботи, производствените предприятия генерират вибрации, а електропроводите създават електромагнитни смущения. Цифровият близнак симулира точното въздействие на тези фактори върху стабилността на кубитите, разкривайки къде процентите на грешки биха били поносими и, най-важното, къде не биха. Освен това близнакът остава активен по време на работа: Ако околната среда се промени поради структурни модификации или въвеждане на нови машини, сензорите ще открият тези промени и ще оценят потенциалното им въздействие.
Благодарение на цифровия близнак компаниите най-накрая разполагат с надеждни данни, които да ръководят решенията си относно индустриалните квантови изчисления. Сега те могат напълно да оценят рисковете, преди да инвестират много пари и ясно да разберат какво е необходимо, за да може системата да работи стабилно.
Както Сафи обяснява: „В моето изследване изследвам съвместното разработване на квантови алгоритми и хардуер за справяне със сложна оптимизация и индустриални предизвикателства, които са или нерешими, или силно неефективни за класическите методи. Това включва идентифициране на проблемни класове, уникално подходящи за квантови изчисления и разработване на ефективни подходи за моделиране.
Нейният дигитален близнак ефективно преодолява критичната пропаст между теоретичните изследвания и практическото приложение. За да могат квантовите компютри успешно да се преместят от специализирани лаборатории в реални индустриални среди, те трябва да станат също толкова стабилни, мащабируеми и надеждни, колкото ИТ системите, които използваме всеки ден.
Хила Сафи | Изобретател на годината | PhD