Czy Chiny są liderem technologii kwantowej?
Dwudziesty pierwszy wiek to wyścig technologiczny między Zachodem a Chinami. Rywalizacja nie dotyczy tyle eksploracji kosmosu, ale przede wszystkim nowych technologii, takich jak zaawansowane układy scalone, sztuczna inteligencja i technologie kwantowe. Te ostatnie są jednym z kluczowych i przełomowych obszarów, szczególnie w zakresie detekcji kwantowej, komunikacji kwantowej i kwantowych technik obliczeniowych. W każdym z tych obszarów Chiny i USA ostro ścierają się ze sobą.
Chiny intensywnie inwestują w technologie kwantowe, które wykorzystują właściwości mechaniki kwantowej, aby umożliwić przełomy w detekcji, komunikacji i informatyce. Wiele z tych technologii jest wciąż w fazie rozwoju, ale chińscy badacze robią szybkie postępy i stali się już jednym z głównych graczy w technologiach kwantowych. W niektórych obszarach – zwłaszcza komunikacji i obliczeniach kwantowych – Chiny są na pozycji światowego lidera, a w innych to Stany Zjednoczone prowadzą.
Chiny od dawna przeznaczają znaczne środki na badania technologii kwantowych. Od lat 90 国防科技大学National University of Defense Technology prowadzi z sukcesem badania nad komunikacją kwantową. W 2001 roku utworzone zostało 中国科学技术大学量子信息重点实验室Key Laboratory of Quantum Information, China University of Science and Technology, które służy jako najważniejsza instytucja w kraju zajmująca się dziedziną kwantową. Chiny przyjęły charakterystyczne dla siebie państwowe finasowanie i przewodzenie pracom badawczo-rozwojowym nad technologiami kwantowymi. W przeciwieństwie do Stanów Zjednoczonych, gdzie sektor prywatny przewodzi tym badaniom. Według amerykańskiej firmy McKinsey, od 2022 r. chiński rząd ogłosił finansowanie badan technologii kwantowych na łączną kwotę 15,3 mld USD, czyli prawie dwukrotnie więcej niż Unia Europejska (8,4 mld USD) i ponad trzykrotnie więcej niż Stany Zjednoczone (3,7 mld USD). Natomiast Quantum Insider ocenia, że zakres chińskich inwestycji rządowych wynosi od 4 mld USD do 17 mld USD. Tak czy inaczej, są to ogromne sumy. Rząd federalny Stanów Zjednoczonych od 2019 systematycznie zwiększa swoje wydatki na wsparcie badan i rozwoju technologii kwantowych. W jego ślady idzie Unia Europejska, do 2030 przeznacza 1 mld EUR na te cele.
Chiny od 2012 pod rządami Prezydenta习近平 Xi Jin Ping zdecydowanie przyspieszyły działania w technologii kwantowej. 13. plan pięcioletni (2016-2020), umieścił komunikację kwantową i informatykę na liście priorytetowych technologii strategicznych. 14. plan pięcioletni (2021-2025) i zarys celów długoterminowych do 2035 r. technologie kwantowe wymienia wraz z sześcioma innymi nowatorskimi dziedzinami, które powinny być traktowane priorytetowo w nadchodzących latach. Prezydent Xi w czasie ostatniego posiedzenia parlamentu wezwał do przekształcenia Chin w globalną „potęgę naukowo-technologiczną”, a kraj w tym celu musi skoncentrować się na naukowej i technologicznej „samodzielności i samowzmocnieniu” w obliczu „ostrej konkurencji międzynarodowej”. Tak więc Chiny intensywnie inwestują w zwiększenie skali badań i rozwoju (B+R). Od czasu 2012 r. chińskie wydatki na badania i rozwój wzrosły ponad dwukrotnie. W 2012 r. wyniosły 1,91% PKB, w 2022 r. liczba ta wzrosła do 2,55 % PKB, a w 2023 r. do 2,64% PKB. Wszystko z nadzieją, że najnowsze technologie nie tyle przyniosą globalne liderowanie, ale wymierne korzyści gospodarcze i związane z tym bezpieczeństwo. Na przykład obliczenia kwantowe mogą wielokrotnie zwiększyć możliwości sztucznej inteligencji, choćby poprzez powiększenie wydajności algorytmów uczenia. Zaawansowane komputery kwantowe mogą zrewolucjonizować zdolność naukowców do modelowania złożonych systemów w celu osiągnięcia przełomów w takich np. dziedzinach, jak inżynieria materiałowa i biomedycyna. To może dokonać transformacji gospodarki i przynieść ogromne korzyści, uczynić z Chin potęgę o silnych podstawach ekonomicznych.
Dotychczasowe wysiłki przynoszą już rezultaty. W 2016 roku Chiny dokonały historycznego przełomu dzięki udanemu wystrzeleniu pierwszego na świecie satelity wykorzystującego technologię kwantową.
W 2017 r. przetestowano zabezpieczone kwantowo łącze komunikacyjne o długości ponad 2000 km, łączące 北京BeiJing, 济南JiNan (stolica prowincji 山东ShanDong), 合肥HeFei (stolica prowincji 安徽AnHui) i上海ShangHai. Stało się zintegrowaną siecią kwantową składającą się z czterech kwantowych metropolii i dwóch łączy naziemno-satelitarnych. Inna grupa badawcza ogłosiła, iż opracowała sensor kwantowym pozwalającym wykrywać lodzie podwodne.
W 2021 r. naukowcy z prestiżowego Uniwersytetu 清华大学TsingHua ogłosili, iż stworzyli radar kwantowym, który może wykrywać samoloty stealth (niewidzialne dla innych radarów) poprzez generowanie małej “burzy elektromagnetycznej”.
W 2022 r. grupa z China University of Science and Technology opublikowała wyniki pokazujące, że wykorzystała diamenty do poprawy możliwości rozwojowego radaru kwantowego.
Chiny odnoszą sukcesy także w dziedzinie obliczeń kwantowych. W 2021 r. stały się trzecim krajem – po Kanadzie i Stanach Zjednoczonych – który opracował kompletny komputer kwantowy wyprodukowany w kraju. Urządzenie zostało stworzone przez firmę起源量子计算机Origin Computing. W maju 2023 r. chiński procesor 祖冲之ZuChongZhi o 176 kubitach został uruchomiony w trybie online, co czyni go chińskim procesorem kwantowym z największą ich liczbą. Opracowany został przez 中国科学院Chińską Akademię Nauk (CAS) i jest już w stanie przetwarzać zadania miliony razy szybciej niż tradycyjny superkomputer. Jednak za komputer kwantowy z najszybszym procesorem na świecie, uznany jest amerykański IBM o pojemności 433 kubitów.
Ostatnio Chińscy naukowcy stwierdzili, że opracowali już algorytm, który można uruchomić na małym komputerze kwantowym i może on odszyfrować zaawansowany system szyfrowania powszechnie używany przez osoby prywatne, banki, instytucje finansowe, firmy internetowe, rządy i wojsko do zabezpieczania danych. To tylko niektóre z tych najbardziej znanych osiągnięć Chin w technologii kwantowej.
Ostatnimi laty poczyniły one imponujące postępy w technologiach kwantowych. Chociaż Chiny nie wyróżniają się szczególnie w dziedzinie detekcji kwantowej, ale są powszechnie postrzegane jako światowy lider w dziedzinie komunikacji kwantowej. Jeśli zaś chodzi o zaawansowane obliczenia kwantowe to tutaj liderem są Stany Zjednoczone. Trzeba jednak przyznać, że chińscy naukowcy dokonali imponujących osiągnięć i szybkich postępów także w tej dziedzinie. Dane dotyczące patentów w Chinach pokazują, że zmniejszają one lukę w stosunku do Stanów Zjednoczonych. Według danych 中国国家知识产权局Krajowej Administracja Własności Intelektualnej Chin w latach 2010–2022 otrzymała ona 1554 wnioski o patenty z zakresu komunikacji kwantowej. To prawie dwukrotnie więcej od zgłoszeń w tym zakresie do Urzędu Patentów i Znaków Towarowych Stanów Zjednoczonych i czterokrotnie więcej niż do japońskiego urzędu patentowego. Ale w tym samy okresie chińska administracja własności intelektualnej otrzymała niewiele ponad 900 wniosków w sprawie obliczeń kwantowych, co jest o połowę mniej niż tych co wpłynęło do jej amerykańskiego odpowiednika. W latach 2013–2022 patenty dotyczące komputerów i obliczeń kwantowych stanowiły 56,5% całkowitej liczby przyznanych w Chinach, w tym 30,3% to były te dotyczące komunikacji kwantowej. Chińska technologia kwantowa, w ciągu ostatnich 10 lat, „osiągnęła historyczny skok”. W okresie 2003 -2022 37 procent wniosków o patenty kwantowe na całym świecie to były chińskie, a Stany Zjednoczone miały nieco ponad 28 procent. Londyńska firma GlobalData zajmującej się analizą danych z 2022 r. w swoim raporcie stwierdziła, że w zakresie obliczeń kwantowych to Chiny i Stany Zjednoczone są na równym poziomie. Alternatywnym miernikiem porównywania postępu technologicznego krajów jest ilość publikacja artykułów naukowych. Chiny opublikowały największą liczbę artykułów akademickich ze wszystkich trzech obszarów technologii kwantowej. W latach 2011–2020 było to ponad 14 000 publikacji. W rozstrzygnięciu naukowcy z którego kraju najwięcej w tej dziedzinie publikowali pomaga indeks Hirscha (indeks H). Mierz on zarówno całkowitą liczbę opublikowanych artykułów naukowych, jak i liczbę cytowań. W latach 2018–2022 Chiny zajmowały pierwsze miejsce na świecie w dziedzinie komunikacji kwantowej z wynikiem indeksu H na poziomie 48,4. Tuż za nimi plasowały się Stany Zjednoczone z indeksem H na poziomie 43. Jednakże Chiny pozostają nieco w tyle pod względem badań nad detekcją/sensorami oraz obliczeniami kwantowymi (indeks H 52). Tutaj najwyżej uplasowały się Stany Zjednoczone (indeks H 91). Trudno rozstrzygnąć kto w tym wyścigu technologicznym prowadzi. Eksperci analizując tą sytuację zwracają uwagę, że Stany Zjednoczone włączyły technologię kwantową do planowania krajowego w 1994 r., podczas gdy Chiny zrobiły to dopiero w 2013 r. Zaczęły one stosunkowo późno działania w dziedzinie tych technologii i istnieje pewna luka w porównaniu z krajami najbardziej rozwiniętymi jako całością, ale w ostatnich latach ona szybko się zmniejszyła, a w niektórych sektorach jest równoważna z najwyższym poziomem międzynarodowym.
Tymczasem należy zauważyć, iż technologie kwantowe okazują się kolejnym kluczowym frontem w zaostrzającej się konkurencji technologicznej między USA i Chinami. W 2021 r. Departament Handlu USA umieścił trzy chińskie firmy specjalizujące się w technologii kwantowej na swojej liście podmiotów, ograniczając eksport do nich. W sierpniu 2023 r., administracja Bidena ogłosiła nowe ograniczenia dla amerykańskich inwestycji w Chinach, związane z technologiami kwantowymi (a także półprzewodnikami i sztuczną inteligencją). Przepisy te zakazują obywatelom USA inwestowania we wszystkich trzech obszarach technologii kwantowych w Chinach. Przeszkody na drodze do rozwoju strategicznych technologii, w tym kwantowych, dla Chin nie są wewnętrzne, a zewnętrzne i polityczne. Czy bez transferu wiedzy i doświadczenia ze Stanów Zjednoczonych Chiny sobie poradzą z rozwojem tych technologii? Wszystko wskazuje, że tak i jest to tylko kwestia czasu, a nie kto będzie pierwszy w ich opanowywaniu.
———————————-
thequantuminsider.com/2023/04/13/chinese-quantum-companies-and-national-strategy-2023/
mckinsey.com/~/media/mckinsey/business functions/mckinsey digital/our insights/quantum technology sees record investments progress on talent gap/quantum-technology-monitor-april-2023.pdf
thequantuminsider.com/2023/04/13/chinese-quantum-companies-and-national-strategy-2023/
xinhuanet.com/politics/2021lh/2021-03/13/c_1127205564_3.htm
gov.cn/zhengce/2020-11/04/content_5557125.htm
cnipa.gov.cn/
rand.org/pubs/testimonies/CTA3189-2.html
library.ucar.edu/faq/finding-your-h-index-hirsch-index-web-science
mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MzExNTgyNg==&mid=2654046361&idx=1&sn=9929eda42c19742753cabfa132c9ce62&chksm=bc3ac61434ae8defd8565df4604ad54c0421666bef4c105a512004a8afe85eed3649aa16de15&scene=27
new.qq.com/rain/a/20240305A00LUT00
安基上海ShangHai, 中国Chiny