Kvantu

Tuvāko gadu laikā kvantu tehnoloģijas dos iespēju darīt lietas, ko vienkārši nevar izdarīt šodien. Ar kvantu mēs spēsim izskatīties tālu zem zemes vai zem jūras un veikt sarežģītus skaitļošanas uzdevumus, piemēram, modelēšanu biomolekulārajām un ķīmiskajām reakcijām, ko jaudīgākie superdatori pašlaik nevar pārvaldīt. Quantum palīdzēs mums droši nosūtīt sensitīvu informāciju jebkurā vietā un ātrāk un precīzāk diagnosticēt slimības, ieskatoties šūnās. Citiem vārdiem sakot, kvantu risinās problēmas, kas prasītu pat šodienas ātrākajiem datoriem simtiem dienu, ja ne gadiem.

Pirmajā kvantu revolūcijā divdesmitā gadsimta sākumā zinātnieki iemācījās saprast un pielietot kvantu mehānikas īpašības — molekulu, atomu un pat mazāku daļiņu, piemēram, fotonu un elektronu, mijiedarbību. Tas galu galā ļāva viņiem radīt tranzistorus, lāzerus un mikroprocesorus: pamata tehnoloģijas datoriem, telekomunikācijām, satelītnavigācijai, viedtālruņiem, modernai medicīniskai diagnostikai un daudz ko citu.

Tagad notiek otrā kvantu revolūcija. Pētnieki var atklāt un manipulēt ar atsevišķām daļiņām un to fizikālajām īpašībām un mijiedarbību, kā arī veidot jaunas tehnoloģijas un sistēmas, kas izmanto kvantu mehānikas īpašības. Šīs norises ir radījušas ievērojamus tehniskus sasniegumus daudzās dažādās jomās, tostarp kvantu datošanā, sensoros, simulācijās, kriptogrāfijā un telekomunikācijās. 

Galvenajās kvantu lietojumu jomās sāk parādīties vesela jaunu tehnoloģiju paaudze ar tālejošas ekonomiskas un sociālas ietekmes potenciālu: kvantu skaitļošana un simulācija, kvantu komunikācija, kvantu noteikšana un metroloģija. Daži jau ir izstrādes stadijā, bet daudzi citi tiks attīstīti nākamajos gados. Kvantu potenciāls ir milzīgs, un visi lielākie pasaules reģioni veic lielus ieguldījumus šajā ārkārtīgi stratēģiskajā jomā. Tāpēc ES digitālās desmitgades stratēģijas mērķis ir panākt, lai Eiropa līdz 2025. gadam panāktu savu pirmo superdatoru ar kvantu paātrināšanu, tādējādi paverot ceļu uz kvantu spēju avangardu līdz 2030. gadam. Eiropas Mikroshēmu aktā ir iekļauti arī pasākumi, kuru mērķis ir veicināt kvantu mikroshēmu ražošanu ar zemām izmaksām un lielu apjomu ES, lai tās varētu darbināt veselu virkni inovatīvu kvantu ierīču.

ES Padomes prezidentvalsts Spānija 2023. gada 5. decembrī nāca klajā ar deklarāciju, ko ES dalībvalstis parakstījušas, lai norādītu, ka tās atzīst kvantu tehnoloģiju stratēģisko nozīmi ES zinātniskajā un rūpnieciskajā konkurētspējā un apņemas sadarboties pasaules klases kvantu tehnoloģiju ekosistēmas izveidē visā Eiropā ar galīgo mērķi padarīt Eiropu par pasaules “kvantu ieleju”, kas ir pasaules vadošais reģions kvantu izcilības un inovācijas jomā.

Kvantu tehnoloģiju pamatiniciatīva

Eiropai ir senas izcilības tradīcijas kvantu pētniecībā. Tagad ir ļoti svarīgi attīstīt stabilu rūpniecisko bāzi, kas balstītos uz šo tradīciju. Bez koordinētiem pētniecības un finansēšanas pasākumiem Eiropas līmenī Eiropa riskētu atpalikt no saviem globālajiem konkurentiem.

Lai risinātu šo problēmu, 2018. gadā tika uzsākta Kvantu tehnoloģiju pamatiniciatīva. Tā ir plaša mēroga ilgtermiņa pētniecības iniciatīva, kuras budžets ir 1 miljards eiro un kuru finansē ES un kura apvieno pētniecības iestādes, rūpniecību un publiskos finansētājus, konsolidējot un paplašinot Eiropas vadošo lomu zinātnē un izcilību šajā jomā.

Kvantu skaitļošana

Kā daļa no Eiropas Augstas veiktspējas datošanas kopuzņēmuma (kopuzņēmums EuroHPC) Komisija tagad plāno izveidot modernus kvantu izmēģinājuma datorus. Šie datori darbosies kā paātrinātāji, kas savienoti ar kopuzņēmuma superdatoriem, veidojot “hibrīdiekārtas”, kas apvieno labākās kvantu un klasiskās datošanas tehnoloģijas.

Kopuzņēmums EuroHPC 2022. gada oktobrī paziņoja, ka visā ES tiks atlasīti seši objekti, kuros izvietoti pirmie Eiropas kvantu datori, kas tiks integrēti EuroHPC superdatoros. Šie tikko iegādātie kvantu datori balstīsies uz vismodernākajām Eiropas tehnoloģijām un atradīsies vietās Čehijā, Vācijā, Spānijā, Francijā, Itālijā un Polijā. Ieguldījumu kopsumma ir EUR 100 miljoni, no kuriem 50 % nāk no ES un 50 % — no 17 kopuzņēmuma EuroHPC iesaistītajām valstīm.

Tas būs pirmais solis ceļā uz Eiropas kvantu datošanas infrastruktūras ieviešanu, kas nekomerciālā veidā būs pieejama Eiropas lietotājiem no zinātnes un rūpniecības, izmantojot mākoni. Šī infrastruktūra tiks veltīta tam, lai paātrinātu jaunu zināšanu un risinājumu radīšanu globālām sabiedrības problēmām. Pateicoties milzīgajai skaitļošanas jaudai, tā risinās sarežģītas simulācijas un optimizācijas problēmas, jo īpaši materiālu izstrādē, zāļu atklāšanā, laika prognozēšanā, transportā un citās reālās pasaules problēmas, kas ir ļoti svarīgas rūpniecībai un sabiedrībai. 

Eiropas Kvantu komunikācijas infrastruktūras (EuroQCI) iniciatīva

Kopš 2019. gada jūnija visas 27 ES dalībvalstis ir parakstījušas EuroQCI deklarāciju, vienojoties sadarboties ar Komisiju un ar Eiropas Kosmosa aģentūras atbalstu, lai izveidotu kvantu komunikācijas infrastruktūru, kas aptver visu ES (EuroQCI). 

Uzziniet vairāk par EuroQCI

Kvantu sensors

Vairākās jomās kvantu sensori jau spēj piedāvāt ievērojami uzlabotu veiktspēju un precizitāti salīdzinājumā ar klasisko ekvivalentu. Komisija veic ieguldījumus Eiropas kvantu izpētes infrastruktūrā, kas savienos šos sensorus un izmantos to potenciālu, tostarp kvantu gravimetru tīklu, kas gan fiksēti, gan uzstādīti uz kustīgiem nesējiem, piemēram, bezpilota lidaparātiem vai kuģiem, kas uzraudzīs pazemes un zemūdens resursus un vulkānisko aktivitāti, veiks Zemes novērošanas uzdevumus u. c. Šis tīkls tiks savienots ar plānoto Eiropas kosmosa gravimetrijas infrastruktūru, kas ļaus veikt vēl precīzākus mērījumus, izmantojot uz kosmosu balstītas tehnoloģijas.