Hila Safi | Inventatorul Anului | PhD
Calculatoarele cuantice au promisiunea de a rezolva probleme pe care computerele clasice pur și simplu nu le pot gestiona. În teorie. În practică, însă, acestea sunt incredibil de delicate: un camion care trece, un zumzet brusc de la aerul condiționat sau chiar o lumină aprinsă într-o cameră adiacentă poate determina sistemul să reacționeze sensibil la schimbările de mediu. De aceea, aceste dispozitive au fost până acum limitate la laboratoare extrem de specializate, protejate ca pacienții aflați în terapie intensivă. Pentru companiile care doresc să integreze calculatoarele cuantice în medii productive, aceasta reprezintă o provocare semnificativă.
Hila Safi, alături de colegii săi, a fost pionieră unei soluții inovatoare la această problemă, câștigându-i Premiul Inventatorul Anului 2025 la categoria „PhD”. Inovația lor este o geamăn digital proiectat pentru a simula exact modul în care ar funcționa un computer cuantic și ar fi integrat într-un cadru industrial tipic. „Cu acest geamăn digital, putem opera calculatoare cuantice în medii reale - în siguranță, stabil și fiabil”, explică doctoratul de la Universitatea de Științe Aplicate din Regensburg.
Calculatoarele cuantice se bazează pe qubiți — unitățile mecanice cuantice fundamentale ale informațiilor. Un qubit reprezintă starea unui sistem fizic, acționând ca un purtător de informații și valorificând fenomene cuantice precum suprapunerea și încurcarea.
Aceste stări fizice sunt extrem de fragile. Chiar și perturbările minime, cum ar fi câmpurile electromagnetice sau modificările subtile în structura camerei, pot corupe calculele. Deși pot fi gestionați într-un mediu de laborator controlat, acești factori reprezintă o provocare semnificativă pentru o fabrică.
„Funcționarea fiabilă a unui computer cuantic depinde într-adevăr de împrejurimile sale”, explică Safi. „Chiar și vibrațiile mici sau schimbările de temperatură pot provoca erori, motiv pentru care este atât de important să simulăm și să înțelegem aceste efecte din timp.” Până în prezent, industria nu a găsit sisteme cuantice suficient de fiabile. Fără rezultate puternice și previzibile, utilizarea lor în afaceri este prea riscantă. Multe întrebări despre locul unde să le plaseze, cât de stabile vor fi și utilitatea lor generală îngreunează companiile să decidă dacă și unde să investească.
Tocmai aici inovatorul geamăn digital al lui Safi oferă o descoperire. Acesta reproduce practic un computer cuantic și mediul său de operare prevăzut înainte de instalarea fizică. Modelul integrează date de la senzorii de mediu, statistici de eroare și simulări ale surselor potențiale de interferență cu caracteristicile hardware cunoscute.
Această abordare proactivă permite să se răspundă în prealabil la întrebări cruciale: poate computerul cuantic să funcționeze eficient în mediul industrial? Ce tipuri de erori sunt anticipate? Cât de semnificativ ar degrada calitatea calculului? Și ce măsuri, cum ar fi ecranarea îmbunătățită, plasarea alternativă sau calibrarea adaptivă, ar fi necesare pentru a stabiliza sistemul?
De exemplu, luați în considerare o hală de producție în care sunt utilizați roboți de transport, instalațiile de producție generează vibrații și liniile electrice creează câmpuri de interferență electromagnetică. Geamănul digital simulează impactul precis al acestor factori asupra stabilității qubitului, dezvăluind unde ratele de eroare ar fi tolerabile și, în mod crucial, unde nu ar fi. În plus, gemenul rămâne activ în timpul funcționării: În cazul în care mediul se schimbă din cauza modificărilor structurale sau a introducerii de mașini noi, senzorii vor detecta aceste modificări și vor evalua impactul lor potențial.
Datorită gemenului digital, companiile au în sfârșit date fiabile pentru a-și ghida deciziile cu privire la calculul cuantic industrial. Acum pot evalua pe deplin riscurile înainte de a investi mulți bani și de a înțelege clar ce este necesar pentru ca sistemul să funcționeze stabil.
După cum explică Safi, „În cercetarea mea, explorez co-dezvoltarea algoritmilor cuantici și a hardware-ului pentru a aborda optimizarea complexă și provocările industriale care sunt fie intratabile, fie extrem de ineficiente pentru metodele clasice. Aceasta implică identificarea claselor de probleme potrivite în mod unic pentru calculul cuantic și dezvoltarea unor abordări eficiente de modelare.”
Gemenul ei digital face legătura eficientă cu decalajul critic dintre cercetarea teoretică și aplicarea practică. Pentru ca computerele cuantice să se mute cu succes din laboratoare specializate în medii industriale reale, acestea trebuie să devină la fel de stabile, scalabile și de încredere ca sistemele IT pe care le folosim în fiecare zi.
Hila Safi | Inventatorul Anului | PhD