Być może nikt jeszcze nie rozumie w pełni obliczeń kwantowych, ale jedno jest pewne – oczekiwania są duże. A tam gdzie są duże oczekiwania, są też pieniądze.
Zarówno prywatne, jak i publiczne finansowanie europejskich technologii kwantowych wzrosło znacząco w ciągu ostatnich kilku lat. W 2021 roku prywatne finansowanie startupów kwantowych wzrosło 2,5x w porównaniu z rokiem 2020 i 8x w porównaniu z rokiem 2019. Wzrosło również finansowanie publiczne, przy czym UE planuje zainwestować 7,2 mld USD (6,8 mld EUR) w projekty związane z obliczeniami kwantowymi do 2025 r.
Co zrozumiałe, większość z tych miliardów już jest lub będzie skierowana na budowę udanego komputera kwantowego – sprzęt jest obecnie największym wąskim gardłem we wdrażaniu tej technologii. Nie zapominajmy jednak, że sam sprzęt nie wystarczy. Bez odpowiedniego oprogramowania komputery kwantowe nie będą miały żadnej wartości.
Jednak oprogramowanie kwantowe niezasłużenie otrzymuje mało uwagi, a tym samym funduszy.
Kwantowe wyzwanie „kura czy jajko”
Oczywistym przykładem na to, że oprogramowanie kwantowe w Europie jest niedoceniane, jest dystrybucja pieniędzy w ramach unijnego programu Quantum Technology Flagship – ambitnej inicjatywy wspierającej europejskie innowacje kwantowe z łącznym dofinansowaniem w wysokości 1 mld euro. Pierwszy etap tej inicjatywy zakończył się zainwestowaniem 152 mln euro. Z tego zaledwie 4,6 mln euro – czyli zaledwie 2,9% – zostało skierowane na badania i rozwój oprogramowania kwantowego.
Jeśli chodzi o inwestycje prywatne, sytuacja jest lepsza, choć podobna. W latach 2021/2022 około 14,5% inwestycji kapitałowych w europejskie startupy zajmujące się obliczeniami kwantowymi było skierowanych na rozwiązania programowe. I wydaje się, że w 2023 roku ten trend się utrzyma. Europejskie startupy zajmujące się obliczeniami kwantowymi, które w tym roku pozyskały warte uwagi rundy – w tym Pasqal (100 mln euro), Quantum Motion (42 mln funtów), Oxford lonics (30 mln funtów) – wszystkie są skoncentrowane na sprzęcie.
W świecie technologii taka koncentracja na sprzęcie jest nietypowa – w każdej innej dziedzinie oprogramowanie zazwyczaj otrzymuje największą część inwestycji ze względu na łatwiejszą skalowalność i większe możliwości zysku. Dlaczego więc w przypadku technologii kwantowej jest odwrotnie?
Powód tej anomalii jest następujący: zarówno prywatni inwestorzy, jak i fundusze publiczne postrzegają obliczenia kwantowe jako problem sprzętowy, a nie programowy. I do pewnego stopnia mają rację – zbudowanie udanego sprzętu kwantowego jest rzeczywiście najbardziej palącym wyzwaniem. Cóż, w tej chwili. Ale w szerszej perspektywie to tylko jedna trzecia problemu.
Trzy przeszkody do przeskoczenia
Jeśli chodzi o obliczenia kwantowe, istnieją trzy główne problemy, które wciąż musimy rozwiązać.
Pierwszym i najbardziej oczywistym jest zbudowanie komputera kwantowego. Obecnie nie ma komputerów kwantowych wykorzystywanych do czegoś więcej niż eksperymenty, więc na tym głównie skupia się branża – od światowych gigantów technologicznych, takich jak Google i IBM, po startupy i środowiska akademickie.
Drugim wyzwaniem jest zmniejszenie błędów w komputerach kwantowych, co pozwoli im na wykonywanie dłuższych obliczeń. Lepszy sprzęt zmniejszy błędy, ale sam w sobie raczej nie wystarczy. Musimy znaleźć sposoby korygowania błędów w komputerach kwantowych na poziomie oprogramowania.
I trzeci problem to znalezienie kolejnych metod obliczeniowych dla komputerów kwantowych, czyli kwantowych aplikacji programowych. Komputery kwantowe będą przydatne w modelowaniu fizyki i chemii, ale zakres ich przydatności w przetwarzaniu danych – od uczenia maszynowego po planowanie i harmonogramy – jest mniej jasny. Gdybyśmy mogli znaleźć jeszcze kilka metod rozszerzających zakres problemów, które te komputery mogą rozwiązać, przyniosłoby to fundamentalny postęp.
Stąd dwa z trzech centralnych problemów obliczeń kwantowych są związane z oprogramowaniem. Ale jak to się dzieje, że nie ma to żadnego odzwierciedlenia w podziale środków finansowych? Biorąc pod uwagę, że przeznaczamy wszystkie (no dobra, większość) dostępne pieniądze na sprzęt, jak ktokolwiek może oczekiwać, że będzie w stanie używać tego nowego superkomputera bez „mózgu”, który go napędza?
Dziś może nie jest to problem oprogramowania, ale jutro będzie.
Moim zdaniem rozsądny podział funduszy to 15-20% na oprogramowanie kwantowe i 80-85% na sprzęt.
Po prostu sprzęt jest najdroższą i najbardziej złożoną częścią tej technologii, więc racjonalne jest przeznaczenie na niego największej ilości funduszy, aby przyspieszyć rozwój. Natomiast skierowanie jednej piątej całości środków na oprogramowanie wystarczyłoby na pokrycie prac badawczo-rozwojowych nad nowymi zastosowaniami obliczeń kwantowych.
Podczas gdy rozkład prywatnych inwestycji nie wygląda tak beznadziejnie, publiczne fundusze UE są o lata świetlne od osiągnięcia tego celu.
Spójrz, rozwój oprogramowania kwantowego zajmuje lata. Moim kolegom i mnie zajęło od pięciu do dziesięciu lat opracowanie spacerów kwantowych jako metody rozwiązywania problemów. Spodziewam się podobnej skali czasowej dla nowych metod rozwiązywania problemów o porównywalnym lub większym znaczeniu.
Martwi mnie to, że jeśli nadal będziemy zaniedbywać oprogramowanie kwantowe, to już za około 10 lat obliczenia kwantowe staną się problemem oprogramowania – i to problemem śmiertelnym. Powstaną komputery kwantowe mające zastosowanie głównie w fizyce i chemii. W innych dziedzinach będą one nadal wykorzystywane głównie do eksperymentów, a nie do rozwiązywania rzeczywistych problemów.
Innymi słowy, Europa wydaje teraz miliardy na specjalistyczne urządzenia obliczeniowe, których być może nie będzie umiała przystosować do szerszych zastosowań. A jeśli nie będziemy w stanie dostarczyć oprogramowania, które rozszerzyłoby zastosowanie tych urządzeń, grozi nam utrata zainteresowania tą technologią i jej dalszym rozwojem. Zakres zastosowań będzie po prostu zbyt mały, by świat się nim przejmował.
