Kvantno računarstvo u proizvodnom okruženju

Kvantni računari imaju potencijal da reše probleme koje klasični računari jednostavno ne mogu da obrade. Međutim, u praksi su veoma osetljivi: prolazak kamiona, zvuk klima-uređaja ili čak paljenje svetla u susednoj prostoriji može uticati na njihov rad. Zbog toga se trenutno koriste uglavnom u specijalizovanim laboratorijama, zaštićeni i u kontrolisanim uslovima. Za kompanije koje žele da ih primene u realnim radnim okruženjima, to predstavlja veliki izazov.

Hila Safi, zajedno sa svojim kolegama, razvila je revolucionarno rešenje za ovaj problem, čime je osvojila nagradu „Pronalazač godine 2025“ u kategoriji „PhD“. Njihova inovacija je digitalni blizanac, koji precizno simulira kako bi kvantni računar radio i kako bi se uklopio u industrijsko okruženje. „Sa ovim digitalnim blizancem možemo da koristimo kvantne računare u realnim uslovima – bezbedno i stabilno“, kaže doktorandkinja sa Univerziteta primenjenih nauka u Regensburgu.

Problem: Prevelika osetljivost na realne uslove

Kvantni računari koriste kubite, osnovne jedinice kvantnih informacija. Kubit opisuje stanje fizičkog sistema i koristi fenomene kao što su superpozicija i spregnutost.

Međutim, ta stanja su veoma osetljiva. Čak i male smetnje, poput elektromagnetnih polja ili promena u prostoru, mogu da poremete proračune. Dok se u laboratoriji to može kontrolisati, u fabričkom okruženju predstavlja veliki izazov.

„Pouzdan rad kvantnog računara zavisi od okruženja u kojem se nalazi“, kaže Safi. „I male vibracije ili promene temperature mogu dovesti do grešaka, pa je važno da se ti uticaji unapred simuliraju i razumeju.“ Do sada kvantni sistemi nisu bili dovoljno pouzdani za širu primenu u industriji. Bez sigurnih i predvidivih rezultata, njihova upotreba u poslovanju je rizična. Nejasnoće oko postavljanja, stabilnosti i koristi otežavaju kompanijama odluku o investiranju.

Rešenje: prvo simulacija, zatim instalacija

Upravo tu digitalni blizanac Hile Safi donosi rešenje. On omogućava virtuelno modelovanje kvantnog računara i njegovog budućeg okruženja pre same instalacije. Model kombinuje podatke sa senzora, podatke o greškama i simulacije mogućih smetnji sa karakteristikama hardvera.

Ovaj proaktivan pristup omogućava da se ključna pitanja unapred razjasne: Da li kvantni računar može efikasno da funkcioniše u industrijskom okruženju? Koje vrste grešaka se mogu očekivati? U kojoj meri će one uticati na kvalitet proračuna? I koje mere, poput poboljšanog oklapanja, alternativnog pozicioniranja ili adaptivne kalibracije su potrebne za stabilizaciju sistema?

Na primer, u proizvodnoj hali u kojoj se koriste transportni roboti, gde proizvodna postrojenja generišu vibracije, a elektroenergetske instalacije stvaraju elektromagnetna polja smetnji, digitalni blizanac precizno simulira uticaj ovih faktora na stabilnost kubita. Time se jasno identifikuju oblasti u kojima su stope grešaka prihvatljive, ali i one u kojima to nisu. Pored toga, digitalni blizanac ostaje aktivan i tokom rada: ukoliko dođe do promena u okruženju usled građevinskih modifikacija ili uvođenja nove opreme, senzori detektuju te promene i procenjuju njihov potencijalni uticaj.

Prednost: Kvantno računanje postaje predvidivo

Digitalni blizanac omogućava kompanijama da imaju pouzdane informacije za donošenje odluka o primeni kvantnog računarstva u industriji. Mogu unapred proceniti rizike i bolje razumeti šta je potrebno da sistem funkcioniše stabilno.

Kako Safi navodi: „U svom istraživanju fokusiram se na istovremeni razvoj kvantnih algoritama i hardvera kako bih rešila složene optimizacione i industrijske probleme koje klasični metodi teško rešavaju ili rešavaju neefikasno. To uključuje prepoznavanje problema pogodnih za kvantno računarstvo i razvoj efikasnih modela.“

Njen digitalni blizanac povezuje teorijska istraživanja sa praktičnom primenom. Da bi kvantni računari prešli iz laboratorija u industrijko okruženje, potrebno je da budu stabilni, skalabilni i pouzdani poput IT sistema koje svakodnevno koristimo.