Niezwykłości świata kwantowego może i nie mieszczą się w głowie, ale spokojnie mieszczą się na światowych rynkach. W ramach pierwszej rewolucji kwantowej odkryto, że efekty - nie dające się wyjaśnić fizyką świata makroskopowego - mogą znaleźć praktyczne zastosowania.

Dzięki temu powstały: tranzystory - i inne urządzenia bazujące na półprzewodnikach i nadprzewodnikach; lasery; ogniwa słoneczne; skanery MRI i PET stosowane w diagnostyce; zegary atomowe, które są np. podstawą działania GPS; mikroskopy elektronowe.

Teraz znajdujemy się na progu drugiej rewolucji kwantowej. Najbardziej zaawansowane w drodze na rynek są: kwantowe zabezpieczenia kryptograficzne, sensory kwantowe oraz kwantowe urządzenia pomiarowe, a w dalszej kolejności także komputery kwantowe.

Wiele wskazuje więc na to, że rynki dla technologii kwantowych wkrótce się powiększą. To, jakie będzie miejsce Polski na tym rynku - zależy od politycznych decyzji, które należy podjąć już teraz - uważa prof. Konrad Banaszek z UW, Przewodniczący Rady Klastra Q – Klastra Technologii Kwantowych.

Jego zdaniem już teraz trudno nam byłoby konkurować z USA czy Chinami, jeśli chodzi o budowę pełnoskalowych komputerów kwantowych. Wciąż jednak mamy duże szanse w szeregu innych zastosowań, takich jak łączność kwantowa, sensory, metrologia, zegary optyczne czy technologie wspierające obliczenia kwantowe. Co ważne, w przypadku tych zastosowań droga na rynek może być znacznie krótsza niż w przypadku praktycznie użytecznych komputerów kwantowych.

Według społeczności naukowców, inżynierów i przedsiębiorców skupionej wokół klastra, potrzebny jest narodowy program kwantowy, skonsolidowanie środowisk naukowców i stworzenie w ośrodkach "hubów" - centrów zajmujących się wybranymi tematami z zakresu rozwiązań kwantowych - które będą miały szansę wypracować innowacyjne rozwiązania, a potem przełożyć je na przewagę gospodarczą.

W Polsce istnieje wiele światowej klasy zespołów zajmujących się technologiami kwantowymi. To m.in. grupy badawcze skupione w ośrodkach naukowych w Gdańsku, Poznaniu, Warszawie, Krakowie, Gliwicach, Wrocławiu, Łodzi i Toruniu. Technologiami kwantowymi zajmują się też powstające startupy, jak również firmy o ugruntowanej pozycji.

"Mamy w Polsce świetnych ludzi, zespoły, bazę sprzętową, konkurencyjne pomysły, które chcemy tu rozwijać. Stajemy przed zagadnieniem: czy wykorzystamy szansę, czy ją przegapimy. Potrzebne jest interdyscyplinarne podejście do tego zagadnienia. A w Polsce na razie tematem zajmują się rozsiane po kraju zespoły naukowe, które pracują od jednego grantu naukowego do kolejnego" - komentuje prof. Banaszek. Jego zdaniem przy takim trybie pracy bardzo trudno wypracowywać jakiekolwiek przewagi technologiczne.

Potencjał jest duży: chodzi nie tylko o zastosowania technologii kwantowych w przetwarzaniu informacji i telekomunikacji, ale i w technologiach kosmicznych, obronności, cyberbezpieczeństwie, badaniach geologicznych.

CYBERBEZPIECZEŃSTWO W CZASACH POSTKWANTOWYCH

Powszechnie dziś używane zabezpieczenia kryptograficzne są bardzo trudne do złamania przy pomocy obecnych technologii. Jeśli jednak powstaną komputery kwantowe o odpowiedniej mocy, będzie można na nich uruchomić algorytmy kwantowe, co pozwoli sprawnie łamać te szyfry.

Jeśli więc ktoś już teraz dysponowałby potężnym komputerem kwantowym, miałby szansę uzyskać dostęp do poufnej korespondencji, publicznych baz danych, czy też kraść kryptowaluty. Zagrożona byłaby też infrastruktura krytyczna - elektrownie, działanie szpitali, sieci teleinformatycznych, satelitów, sprzętu obronnego.

"Wydaje się, że w ciągu następnych 2-5 lat powstanie tak silnych komputerów kwantowych nie jest jeszcze realnym zagrożeniem. Ale trudno powiedzieć, co będzie potem" - ocenia w rozmowie z PAP prof. Konrad Banaszek z UW.

I dodaje, że prawdopodobnie użytecznym komputerem kwantowym nikt się nie będzie od razu chwalił. "W czasie drugiej wojny światowej, kiedy m.in. dzięki pracy polskich badaczy złamano Enigmę, dużo uwagi poświęcono temu, żeby przeciwnik nie był świadomy słabości używanych szyfrów" - mówi Konrad Banaszek. Jego zdaniem podobnie będzie w przypadku trzęsienia ziemi w cyberprzestrzeni, jakie mogą nam zgotować technologie kwantowe.

Prof. Banaszek zwraca uwagę, że sam śpi spokojnie, dopóki w czasopismach naukowych ukazują się dotyczące technologii kwantowych publikacje naukowców z krajów niekoniecznie nam sprzyjających. "Jeśli jednak prace fizyków kwantowych zaczną być tajemnicą - coś może być na rzeczy" - ocenia naukowiec.

Czy już teraz możemy stosować rozwiązania informatyczne, które zagwarantują bezpieczeństwo nawet, jeśli komputery kwantowe się znienacka pojawią? Konieczne jest opracowanie nowych rozwiązań, które zapewnią cyberbezpieczeństwo w warstwie fizycznej i cyfrowej. Prof. Banaszek tłumaczy, że choć zabezpieczenia kryptograficzne odporne na technologie kwantowe już istnieją, to nie są jeszcze w pełni przetestowane. Może się okazać, że istnieją w nich poważne luki bezpieczeństwa, które da się pokonać nawet przy użyciu tricków ze świata klasycznego. Tak było z pierwszymi urządzeniami do kryptografii kwantowej, dostępnymi na rynku. Dlatego niezbędne jest posiadanie kompetencji, które pozwolą na samodzielną ocenę bezpieczeństwa nowych technologii.

KRYPTOGRAFIA

Chociaż sprawne komputery kwantowe są jeszcze na rynku daleko poza zasięgiem, to rozwiązania kwantowe wykorzystuje się już w szyfrowaniu. Kwantowe systemy kryptograficzne są już teraz testowane przez niektóre rządy i instytucje finansowe do transmisji poufnych danych. Prof. Banaszek mówi, że w Polsce pojawiają się już pierwsze instalacje eksperymentalne służące do kryptografii kwantowej. Klucz do szyfrowania informacji jest generowany np. przy użyciu wiązki odpowiednio spolaryzowanych fotonów. Pojawiają się jednak firmy, które oferują rozwiązania z zakresu technologii kwantowej "na wyrost". Trzeba specjalistów, aby mieć pewność, że urządzenia wykonują swoją pracę jak należy i rzeczywiście zabezpieczenia mają oparcie w zasadach fizyki kwantowej, a nie tylko udają coś, czym wcale nie są.

SENSOWNA INWESTYCJA W SENSORY

Kolejnym polem do zastosowań są sensory kwantowe - anteny, czułe odbiorniki, zegary, sensory wykorzystywane w metrologii. Efekty kwantowe można wykorzystać do wykonywania superczułych pomiarów.

W Polsce trwają prace nad antenami przydatnymi w komunikacji kwantowej. Powstają też czujniki pola grawitacyjnego, które pozwalają skanować to, co jest pod powierzchnią ziemi lub wody. Pozwala to poszukiwać minerałów czy bogactw naturalnych pod ziemią czy np. wykrywać pojawienie się łodzi podwodnych. "Czy stać nas na to, by nie inwestować w tego typu rozwiązania?" - pyta Banaszek.

RYNEK ROŚNIE SZYBCIEJ NIŻ TEMPERATURA

Jeśli więc nawet druga rewolucja kwantowa jeszcze nie ruszyła, to już czeka w polach startowych. "To, jak duży ten rynek będzie i jak szybko urośnie, zależy od kosztów: tego, jak drogie będą te technologie" - tłumaczy prof. Banaszek.

Problemem jest np. to, że niektóre efekty pozwalające na pracę komputerów kwantowych czy niektórych zabezpieczeń kryptograficznych występują na razie w ekstremalnym chłodzie i w temperaturach bliskich zera absolutnego. Jeśli jednak udałoby się je zrealizować w temperaturach pokojowych - masowe zastosowania szybko znajdą drogę na rynek.

Inną sprawą są czujniki kwantowe. Jak opisuje prof. Banaszek - tam są już gotowe rozwiązania, które nie wymagają budowy bardzo złożonych układów kwantowych. W przypadku sensorów nie trzeba bowiem dużej mocy obliczeniowej - wystarczy jeden czy kilka kubitów (jednostek informacji kwantowej), aby odnieść korzyść. Tu kwestia masowego wdrożenia rozwiązań kwantowych wydaje się więc dużo prostsza.

MIĘDZYRESORTOWE PODEJŚCIE

Zdaniem profesora potrzebna jest międzyresortowa współpraca, która sprawi, że pieniądze na technologie kwantowe będą wydawane efektywnie. A wśród państwowych podmiotów zainteresowanych technologiami kwantowymi powinny być jego zdaniem choćby ministerstwa edukacji, nauki, rozwoju, obrony narodowej, zdrowia, cyfryzacji czy Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Inwestycja w technologie kwantowe to nie jest budowanie oazy na pustyni. W fizyce czy informatyce kwantowej Polska szczyci się wysokim poziomem naukowym. Zespoły badawcze przeważnie nie mają problemów z pozyskiwaniem indywidualnych grantów. Potrzebne jest jednak systemowe, wieloletnie podejście, które pozwoli rozwinąć technologie. "Mamy świetny punkt startowy" - uważa naukowiec. Pytanie jednak, czy ten potencjał Polska jest w stanie odpowiednio zagospodarować w obliczu dramatycznego wyścigu, który rozpoczął się już w skali globalnej.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala