W ostatnich latach wokół technologii kwantowych pojawiło się znaczące zainteresowanie. Faktycznie, efekty kwantowe można wykorzystać w licznych zastosowaniach, w tym w ultraczułych czujnikach do zastosowania w urządzeniach takich jak grawimetry, zegary atomowe czy kryptografia, zapewniając ultrabezpieczną komunikację. Ale dziedziną przyciągającą największą uwagę i finansowanie zarówno z prywatnych, jak i publicznych źródeł są obliczenia kwantowe. Główną zaletą komputerów kwantowych jest możliwość wykonywania równoległych obliczeń, co wpływa na znaczne oszczędności czasu i energii, a także zwiększoną moc obliczeniową.

Potencjalne zastosowania obliczeń kwantowych obejmują sektory od finansów (do przewidywania ryzyka finansowego), przez opiekę zdrowotną (zmniejszanie czasu i kosztów odkrywania leków, które obecnie trwa ponad 10 lat i kosztuje miliardy dolarów), aż po optymalizację materiałów do baterii EV oraz obronę. W rezultacie obliczenia kwantowe stały się priorytetem strategicznym dla krajów na całym świecie, prowadząc do znaczących inwestycji w badania i innowacje. Globalne inwestycje w naukę i technologię kwantową obecnie wynoszą około 30 mld USD, z istotnymi wkładami ze strony USA, Chin i Europy (ok. po 5 mld USD każdy).

W obszarze łańcucha dostaw ekosystem kwantowy dojrzewa i wzmacnia się dzięki wspólnym projektom badawczym, rozbudowie portfeli patentowych, założeniu startupów oraz zaangażowaniu dostawców półprzewodników i producentów sprzętu, takich jak Intel, TSMC, GlobalFoundries, X-Fab i SkyWater. Dzisiaj kilka firm, w tym D-Wave, IonQ, Rigetti, PsiQuantum i Xanadu zdominowało globalne finansowanie w tej dziedzinie, zdobywając zbiorowy udział w wysokości około 70%. Każdy rok przynosi powstanie licznych startupów kwantowych, głównie w dziedzinie obliczeń, a na każdym poziomie tworzony jest pełny łańcuch dostaw: oprogramowanie, materiały, narzędzia, urządzenia, systemy i konsumenci końcowi.

Niemniej jednak droga do osiągnięcia supremacji kwantowej jest pełna wyzwań. W świecie kwantowym odpowiednikiem bita jest kubit, który może istnieć w superpozycji 0 i 1. Kubity są bardzo wrażliwe na błędy wywołane przez czynniki zewnętrzne, takie jak temperatura i promieniowanie, co wymusza ultrazimnych środowisk. Dlatego komputery kwantowe są systemami bardzo złożonymi, których obecny koszt wynosi około 15 mln USD. W najbliższej przyszłości nie przewiduje się radykalnego obniżenia kosztów.

Chociaż praktyczne przypadki użycia obliczeń kwantowych są nadal dalekie od realizacji, rozwój technologiczne postępuje, nawet gdy wyścig o osiągnięcie największej liczby kubitów trwa w najlepsze. Yole Group szacuje, że do 2030 roku będzie kilkadziesiąt komputerów kwantowych pracujących na całym świecie, zarówno do użytku prywatnego – branże finansowe i obronne chcą mieć swoje własne komputery kwantowe na miejscu ze względów bezpieczeństwa, jak i zainstalowanych na stronach producentów kwantowych, którzy będą wynajmować czas obliczeń kwantowych w powstającym modelu biznesowym jako usługa (QaaS).

Optymizm co do sukcesu technologii kwantowej utrzymuje się i jest wspierany istotnymi postępami technologicznymi oraz inwestycjami na całym świecie. Rynek sprzętu do komputerów kwantowych ma wzrosnąć ze 111 mln USD w 2024 roku do 438 mln USD w 2029 roku (26% średnia roczna stopa wzrostu). QaaS ma wzrosnąć z 16 mln USD w 2024 roku do 528 mln USD w 2029 roku (85% średnia roczna stopa wzrostu). Jak przewiduje raport Yole Group „Quantum Technologies 2024” po 2030 roku rynek komputerów kwantowych ma osiągnąć łączną wartość 3,74 mld USD w 2035 roku (zarówno sprzęt, jak i usługi). QaaS stanowi większą część ogólnego rynku, z większością usług działających na komputerach kwantowych w chmurze. Rynek usług ma rosnąć znacznie szybciej niż rynek sprzętu do komputerów kwantowych, a oczekujemy, że przed 2030 rokiem pojawi się więcej przypadków użycia dla komputerów kwantowych (rys 1).

Rys. 1. Prognoza technologii kwantowych na lata 2024-2026-2029, maj 2024.

Niezależnie od rodzaju kubitu i architektury komputera kwantowego, fotonika będzie niezmiernie ważna dla rozwoju technologii kwantowych, ponieważ lasery i inne urządzenia fotoniki są wykorzystywane w technologiach uwięzionych jonów, fotonicznych i atomów neutralnych (rys. 2). Systemy laserowe są potrzebne dla uwięzionych jonów, zimnych atomów i nitrogen-vacancy. Chociaż istnieje wiele producentów laserów, tylko nieliczni są w stanie produkować systemy, które mogą być używane w aplikacjach kwantowych. Niezbędne są elastyczne systemy laserowe z absolutną kontrolą częstotliwości, skrajnie niezawodne i o długiej żywotności.

Rys. 2. Inne architektury komputerów kwantowych.

Osiągnięcie obietnicy komputerów kwantowych to maraton, nie sprint. Wciąż przed nami leżą wyzwania inżynieryjne, ale jesteśmy świadkami pierwszych demonstracji podejścia hybrydowego połączonymi z akceleratorami kwantowymi do zastosowań finansowych.

Technologie kwantowe nie są przelotną modą, i jest prawdopodobne, że ich użycie stanie się coraz bardziej powszechne w perspektywie średnio- i długoterminowej.

Źródło: „Slowly but Surely, Quantum Computing Will Transform Industry and Society”