Хіла Сафі | Винахідник року | PhD
Квантові комп'ютери обіцяють вирішити проблеми, з якими класичні комп'ютери просто не можуть впоратися. Теоретично. Однак на практиці вони неймовірно делікатні: проїжджаюча вантажівка, раптовий гул від кондиціонера або навіть світло, що вмикається в сусідній кімнаті, можуть змусити систему чуйно реагувати на зміни навколишнього середовища. Ось чому ці пристрої досі були обмежені вузькоспеціалізованими лабораторіями, захищеними, як пацієнти в реанімації. Для компаній, які прагнуть інтегрувати квантові комп'ютери у продуктивне середовище, це представляє значну проблему.
Хіла Сафі разом зі своїми колегами створила новаторське рішення цієї проблеми, принесудивши їй нагороду «Винахідник року 2025 року» у категорії «PhD». Їхня інновація - це цифровий близнюк призначений для того, щоб точно імітувати, як буде функціонувати квантовий комп'ютер, і бути інтегрованим у типову промислову обстановку. «За допомогою цього цифрового близнюка ми можемо керувати квантовими комп'ютерами в реальних умовах - безпечно, стабільно та надійно», - пояснює докторант Регенсбурзького університету прикладних наук.
Квантові комп'ютери покладаються на кубіти — фундаментальні квантово-механічні одиниці інформації. Кубіт представляє стан фізичної системи, діючи як носій інформації та використовуючи квантові явища, такі як суперпозиція та заплутування.
Ці фізичні стани надзвичайно крихкі. Навіть мінімальні порушення, такі як електромагнітні поля або тонкі зміни в структурі кімнати, можуть зіпсувати обчислення. Хоча ці фактори керуються в контрольованому лабораторному середовищі, вони становлять значну проблему на заводі.
«Надійна робота квантового комп'ютера дійсно залежить від його оточення», - пояснює Сафі. «Навіть невеликі вібрації або зміни температури можуть спричинити помилки, тому так важливо моделювати та розуміти ці ефекти на ранніх стадіях». До цих пір галузь не знайшла квантових систем достатньо надійними. Без сильних і передбачуваних результатів їх використання в бізнесі занадто ризиковано. Багато питань про те, де їх розмістити, наскільки вони будуть стабільними та їх загальна корисність, ускладнюють компаніям вирішити, чи і куди інвестувати.
Саме тут інноваційний цифровий близнюк Safi пропонує прорив. Він практично повторює квантовий комп'ютер та його передбачуване робоче середовище перед фізичною установкою. Модель об'єднує дані датчиків навколишнього середовища, статистику помилок та моделювання потенційних джерел перешкод з відомими апаратними характеристиками.
Цей проактивний підхід дозволяє заздалегідь відповісти на важливі питання: Чи може квантовий комп'ютер ефективно працювати в промисловому середовищі? Які типи помилок передбачаються? Наскільки суттєво вони погіршать якість обчислень? І які заходи, такі як посилене екранування, альтернативне розміщення або адаптивне калібрування, будуть потрібні для стабілізації системи?
Наприклад, розглянемо виробничий цех, де використовуються транспортні роботи, виробничі заводи генерують вібрації, а лінії електропередач створюють поля електромагнітних перешкод. Цифровий близнюк імітує точний вплив цих факторів на стабільність кубітів, виявляючи, де рівень помилок був би допустимим і, що найважливіше, де ні. Крім того, близнюк залишається активним під час роботи: якщо навколишнє середовище зміниться через структурні модифікації або впровадження нової техніки, датчики виявлять ці зміни та оцінять їх потенційний вплив.
Завдяки цифровому близнюку компанії нарешті мають надійні дані, щоб керувати своїми рішеннями щодо промислових квантових обчислень. Тепер вони можуть повністю оцінити ризики, перш ніж вкладати багато грошей і чітко розуміти, що потрібно, щоб система працювала стабільно.
Як пояснює Сафі, «У своєму дослідженні я досліджую спільну розробку квантових алгоритмів та апаратного забезпечення для вирішення складних оптимізаційних та промислових проблем, які є або невирішеними, або дуже неефективними для класичних методів. Це передбачає визначення класів проблем, унікально придатних для квантових обчислень, та розробку ефективних підходів до моделювання».
Її цифровий близнюк ефективно долає критичний розрив між теоретичними дослідженнями та практичним застосуванням. Щоб квантові комп'ютери успішно вийшли зі спеціалізованих лабораторій і переходили в реальні промислові середовища, вони повинні стати такими ж стабільними, масштабованими та надійними, як ІТ-системи, якими ми користуємося щодня.
Хіла Сафі | Винахідник року | PhD