Kvantno računanje za fabrički pod

Kvantni računari obećavaju rešavanje problema sa kojima klasični računari jednostavno ne mogu da podnesu. U teoriji. U praksi su, međutim, neverovatno delikatni: prolazeći kamion, iznenadni brujanje iz klima uređaja ili čak upaljeno svetlo u susednoj prostoriji mogu dovesti do toga da sistem osetljivo reaguje na promene životne sredine. Zbog toga su ovi uređaji do sada bili ograničeni na visoko specijalizovane laboratorije, zaštićene poput pacijenata na intenzivnoj nezi. Za kompanije koje imaju za cilj da integrišu kvantne računare u produktivna okruženja, ovo predstavlja značajan izazov.

Hila Safi, zajedno sa svojim kolegama, bila je pionir u revolucionarnom rešenju ovog problema, osvojivši joj nagradu Izumitelj godine 2025. u kategoriji „PhD“. Njihova inovacija je digitalni blizanac dizajniran da precizno simulira kako bi kvantni računar funkcionisao i bio integrisan u tipično industrijsko okruženje. „Sa ovim digitalnim blizancem možemo upravljati kvantnim računarima u stvarnim okruženjima - bezbedno, stabilno i pouzdano“, objašnjava doktorski kandidat na Univerzitetu primenjenih nauka u Regensburgu.

Problem: Previše osetljiv za stvarni svet

Kvantni računari se oslanjaju na kubits — osnovne kvantno-mehaničke jedinice informacija. Kubit predstavlja stanje fizičkog sistema, delujući kao nosač informacija i koristeći kvantne pojave poput superpozicije i zapletanja.

Ova fizička stanja su izuzetno krhka. Čak i minimalni poremećaji, poput elektromagnetnih polja ili suptilnih promena u strukturi prostorije, mogu pokvariti proračune. Iako se mogu upravljati u kontrolisanom laboratorijskom okruženju, ovi faktori predstavljaju značajan izazov na fabričkom spratu.

„Pouzdan rad kvantnog računara zaista zavisi od okoline“, objašnjava Safi. „Čak i male vibracije ili promene temperature mogu izazvati greške, zbog čega je toliko važno simulirati i razumeti ove efekte rano.“ Do sada industrija nije našla kvantne sisteme dovoljno pouzdane. Bez jakih i predvidljivih rezultata, njihova upotreba u poslu je previše rizična. Mnoga pitanja o tome gde ih postaviti, koliko će biti stabilni i njihova ukupna korisnost otežavaju kompanijama da odluče da li i gde da investiraju.

Rešenje: prvo simulirajte, a zatim instalirajte

Upravo tu Safijev inovativni digitalni blizanac nudi proboj. Praktično replicira kvantni računar i njegovo predviđeno radno okruženje pre fizičke instalacije. Model integriše podatke senzora životne sredine, statistiku grešaka i simulacije potencijalnih izvora smetnji sa poznatim karakteristikama hardvera.

Ovaj proaktivni pristup omogućava unapred odgovoriti na ključna pitanja: Može li kvantni računar efikasno raditi u industrijskom okruženju? Koje vrste grešaka se očekuju? Koliko bi značajno pogoršali kvalitet računarstva? A koje mere, poput poboljšanog zaštite, alternativnog postavljanja ili adaptivne kalibracije, bi bile potrebne za stabilizaciju sistema?

Na primer, razmotrite proizvodnu halu u kojoj se koriste transportni roboti, proizvodni pogoni generišu vibracije, a dalekovodi stvaraju polja elektromagnetnih smetnji. Digitalni blizanac simulira precizan uticaj ovih faktora na stabilnost kubita, otkrivajući gde bi stope grešaka bile podnošljive i, što je najvažnije, gde ne bi. Štaviše, blizanac ostaje aktivan tokom rada: Ako se okolina promeni usled strukturnih modifikacija ili uvođenja novih mašina, senzori će otkriti ove promene i proceniti njihov potencijalni uticaj.

Prednost: Kvantno računanje postaje predvidljivo

Zahvaljujući digitalnom blizancu, kompanije konačno imaju pouzdane podatke koji vode svoje odluke o industrijskom kvantnom računarstvu. Sada mogu u potpunosti proceniti rizike pre nego što ulože mnogo novca i jasno razumeju šta je potrebno da sistem funkcioniše stabilno.

Kako objašnjava Safi, „U svom istraživanju istražujem zajednički razvoj kvantnih algoritama i hardvera za rešavanje složene optimizacije i industrijskih izazova koji su ili nerešivi ili visoko neefikasni za klasične metode. Ovo uključuje identifikaciju klasa problema koje su jedinstveno pogodne za kvantno računarstvo i razvoj efikasnih pristupa modeliranju.

Njen digitalni blizanac efikasno premošćuje kritični jaz između teorijskog istraživanja i praktične primene. Da bi se kvantni računari uspešno preselili iz specijalizovanih laboratorija u stvarna industrijska okruženja, oni moraju postati jednako stabilni, skalabilni i pouzdani kao i IT sistemi koje svakodnevno koristimo.