Kvantno računanje za tvornički pod

Kvantna računala obećavaju rješavanje problema s kojima klasična računala jednostavno ne mogu podnijeti. U teoriji. U praksi su, međutim, nevjerojatno osjetljivi: prolazeći kamion, iznenadni brujanje iz klima uređaja ili čak upaljeno svjetlo u susjednoj prostoriji mogu uzrokovati da sustav osjetljivo reagira na promjene okoliša. Zato su ti uređaji do sada bili ograničeni na visoko specijalizirane laboratorije, zaštićene poput pacijenata na intenzivnoj njezi. Za tvrtke koje žele integrirati kvantna računala u produktivna okruženja, to predstavlja značajan izazov.

Hila Safi, zajedno sa svojim kolegama, bila je pionir revolucionarnog rješenja ovog problema, osvojivši joj nagradu Izumitelj godine 2025. u kategoriji "PhD". Njihova inovacija je digitalni blizanac dizajniran da precizno simulira kako bi kvantno računalo funkcioniralo i bilo integrirano u tipično industrijsko okruženje. "S ovim digitalnim blizancem možemo upravljati kvantnim računalima u stvarnim okruženjima - sigurno, stabilno i pouzdano", objašnjava doktorski kandidat na Sveučilištu primijenjenih znanosti u Regensburgu.

Problem: Preosjetljiv za stvarni svijet

Kvantna računala se oslanjaju na kubita — temeljne kvantno mehaničke jedinice informacija. Kubit predstavlja stanje fizičkog sustava, djeluje kao nosač informacija i koristi kvantne pojave poput superpozicije i zapletanja.

Ova fizička stanja su izuzetno krhka. Čak i minimalni poremećaji, poput elektromagnetskih polja ili suptilnih promjena u strukturi prostorije, mogu pokvariti izračune. Iako se mogu upravljati u kontroliranom laboratorijskom okruženju, ovi čimbenici predstavljaju značajan izazov na tvorničkom podu.

"Pouzdan rad kvantnog računala doista ovisi o njegovoj okolini", objašnjava Safi. "Čak i male vibracije ili promjene temperature mogu uzrokovati pogreške, zbog čega je toliko važno simulirati i razumjeti ove učinke rano." Do sada industrija nije smatrala dovoljno pouzdanim kvantnim sustavima. Bez jakih i predvidljivih rezultata, njihova upotreba u poslovanju je previše rizična. Mnoga pitanja o tome gdje ih smjestiti, koliko će biti stabilni i njihova ukupna korisnost otežavaju tvrtkama da odluče hoće li i gdje ulagati.

Rješenje: prvo simulirajte, a zatim instalirajte

Upravo tu Safijev inovativni digitalni blizanac nudi proboj. Praktično replicira kvantno računalo i njegovo predviđeno radno okruženje prije fizičke instalacije. Model integrira podatke senzora okoliša, statistiku pogrešaka i simulacije potencijalnih izvora smetnji s poznatim hardverskim karakteristikama.

Ovaj proaktivni pristup omogućuje da se unaprijed odgovori na ključna pitanja: Može li kvantno računalo učinkovito raditi u industrijskom okruženju? Koje vrste pogrešaka se očekuju? Koliko bi značajno pogoršali kvalitetu računanja? A koje bi mjere, poput poboljšanog zaštite, alternativnog postavljanja ili prilagodljive kalibracije, bile potrebne za stabilizaciju sustava?

Na primjer, razmotrite proizvodnu halu u kojoj se koriste transportni roboti, proizvodni pogoni stvaraju vibracije, a dalekovodi stvaraju elektromagnetska interferencijska polja. Digitalni blizanac simulira precizan utjecaj ovih čimbenika na stabilnost kubita, otkrivajući gdje bi stope pogrešaka bile podnošljive, a što je najvažnije, gdje ne bi. Nadalje, blizanac ostaje aktivan tijekom rada: Ako se okoliš promijeni zbog strukturnih izmjena ili uvođenja novih strojeva, senzori će otkriti te promjene i procijeniti njihov potencijalni utjecaj.

Prednost: Kvantno računanje postaje predvidljivo

Zahvaljujući digitalnom blizancu, tvrtke napokon imaju pouzdane podatke koji vode svoje odluke o industrijskom kvantnom računanju. Sada mogu u potpunosti procijeniti rizike prije nego što ulože puno novca i jasno razumiju što je potrebno da sustav funkcionira stabilno.

Kao što Safi objašnjava, "U svom istraživanju istražujem zajednički razvoj kvantnih algoritama i hardvera za rješavanje složene optimizacije i industrijskih izazova koji su ili nerešivi ili vrlo neučinkoviti za klasične metode. To uključuje identificiranje klasa problema koje su jedinstveno prikladne za kvantno računanje i razvoj učinkovitih pristupa modeliranju.

Njezin digitalni blizanac učinkovito premošćuje kritični jaz između teorijskog istraživanja i praktične primjene. Da bi se kvantna računala uspješno preselila iz specijaliziranih laboratorija u stvarna industrijska okruženja, moraju postati jednako stabilna, skalabilna i pouzdana kao i IT sustavi koje svakodnevno koristimo.