Hila Safi | Vynálezca roka | PhD
Kvantové počítače majú prísľub riešenia problémov, ktoré klasické počítače jednoducho nedokážu zvládnuť. Teoreticky. V praxi sú však neuveriteľne citlivé: prechádzajúce nákladné vozidlo, náhle hučanie z klimatizácie alebo dokonca zapnuté svetlo v susednej miestnosti môžu spôsobiť, že systém citlivo reaguje na zmeny životného prostredia. Preto boli tieto zariadenia doteraz obmedzené na vysoko špecializované laboratóriá, chránené ako pacienti v intenzívnej starostlivosti. Pre spoločnosti, ktoré sa snažia integrovať kvantové počítače do produktívnych prostredí, to predstavuje významnú výzvu.
Hila Safi spolu so svojimi kolegami bola priekopníčkou prelomového riešenia tohto problému a získala ocenenie Vynálezca roka 2025 v kategórii „PhD“. Ich inovácia je digitálne dvojča navrhnutý tak, aby presne simuloval, ako by kvantový počítač fungoval a bol integrovaný do typického priemyselného prostredia. „S týmto digitálnym dvojčaťom môžeme prevádzkovať kvantové počítače v reálnom prostredí - bezpečne, stabilne a spoľahlivo,“ vysvetľuje doktorandka na Regensburskej univerzite aplikovaných vied.
Kvantové počítače sa spoliehajú kubitov — základné kvantové mechanické jednotky informácií. Qubit predstavuje stav fyzického systému, pôsobí ako nosič informácií a využíva kvantové javy, ako je superpozícia a zapletenie.
Tieto fyzické stavy sú mimoriadne krehké. Dokonca aj minimálne poruchy, ako sú elektromagnetické polia alebo jemné zmeny v štruktúre miestnosti, môžu poškodiť výpočty. Aj keď sú tieto faktory zvládnuteľné v kontrolovanom laboratórnom prostredí, predstavujú významnú výzvu na podlahe továrne.
„Spoľahlivá prevádzka kvantového počítača skutočne závisí od okolia,“ vysvetľuje Safi. „Dokonca aj malé vibrácie alebo zmeny teploty môžu spôsobiť chyby, a preto je také dôležité simulovať a porozumieť týmto účinkom včas.“ Až doteraz priemysel nenašiel dostatočne spoľahlivé kvantové systémy. Bez silných a predvídateľných výsledkov je ich použitie v podnikaní príliš riskantné. Mnoho otázok o tom, kam ich umiestniť, aké stabilné budú a ich celková užitočnosť, sťažuje spoločnostiam rozhodnutie, či a kam investovať.
Práve tu ponúka inovatívne digitálne dvojča spoločnosti Safi prielom. Prakticky replikuje kvantový počítač a jeho zamýšľané prevádzkové prostredie pred fyzickou inštaláciou. Model integruje údaje z environmentálnych senzorov, štatistiky chýb a simulácie potenciálnych zdrojov rušenia so známymi hardvérovými charakteristikami.
Tento proaktívny prístup umožňuje vopred zodpovedať kľúčové otázky: Môže kvantový počítač efektívne fungovať v priemyselnom prostredí? Aké typy chýb sa očakávajú? Ako výrazne by zhoršili kvalitu výpočtovej techniky? A aké opatrenia, ako je zlepšené tienenie, alternatívne umiestnenie alebo adaptívna kalibrácia, by boli potrebné na stabilizáciu systému?
Zvážte napríklad výrobnú halu, kde sa používajú dopravné roboty, výrobné závody generujú vibrácie a elektrické vedenia vytvárajú elektromagnetické rušivé polia. Digitálne dvojča simuluje presný vplyv týchto faktorov na stabilitu qubitov a odhaľuje, kde by boli chybovosti tolerovateľné a čo je najdôležitejšie, kde by nie. Okrem toho dvojča zostáva počas prevádzky aktívne: Ak sa prostredie zmení v dôsledku konštrukčných úprav alebo zavedenia nových strojov, senzory tieto zmeny odhalia a posúdia ich potenciálny vplyv.
Vďaka digitálnemu dvojčaťu majú spoločnosti konečne spoľahlivé údaje, ktoré usmerňujú svoje rozhodnutia o priemyselných kvantových výpočtoch. Teraz môžu plne posúdiť riziká pred investovaním veľkého množstva peňazí a jasne pochopiť, čo je potrebné na to, aby systém fungoval stabilne.
Ako vysvetľuje Safi: „Vo svojom výskume skúmam spoločný vývoj kvantových algoritmov a hardvéru na riešenie komplexných optimalizačných a priemyselných výziev, ktoré sú buď neriešiteľné alebo vysoko neefektívne pre klasické metódy. To zahŕňa identifikáciu problémových tried jedinečne vhodných pre kvantové výpočty a vývoj efektívnych modelovacích prístupov.
Jej digitálne dvojča účinne preklenuje kritickú priepasť medzi teoretickým výskumom a praktickou aplikáciou. Aby sa kvantové počítače mohli úspešne presunúť zo špecializovaných laboratórií do skutočného priemyselného prostredia, musia byť rovnako stabilné, škálovateľné a spoľahlivé ako IT systémy, ktoré používame každý deň.
Hila Safi | Vynálezca roka | PhD