Kinas kvantteknik tar steget från forskning till praktisk användning

Kinas kvantteknik håller på att byta skepnad. Fokus ligger inte längre enbart på att visa att en kvantdator kan uppnå en så kallad kvantfördel – utan på om tekniken faktiskt kan förbättra en prognos, minska energispill, sålla fram läkemedelskandidater eller leverera en säker tjänst.

Kvantkommunikation och kvantbaserade sensorer har kommit längst. Kvantberäkning visar samtidigt lovande, men fortfarande avgränsade, resultat när den kombineras med klassisk datorkraft. Fullt feltoleranta kvantdatorer ligger fortfarande flera år bort.

Väderprognoser och förnybar energi

Ett samarbete mellan Fudanuniversitetet och University of Science and Technology of China, USTC, har rapporterat att kvantmaskininlärning kan överträffa stora klassiska neuronnät i vissa verkliga prognosuppgifter. Det gäller bland annat tidsserier för temperatur och luftfuktighet i städer. Forskarna arbetar även med mer operativa meteorologiska tillämpningar, däribland prognoser för skyfall och tyfoner.

På energiområdet har kvantförstärkta modeller för prognoser av solel uppgetts förbättra träffsäkerheten med omkring 5 procent. Enligt uppgifterna kan det i sin tur minska mängden solenergi som måste begränsas eller stängas av med flera miljoner kilowattimmar per år. Det är ett exempel på hur en förbättring i en algoritm kan kopplas till ett konkret värde för elnätet.

Läkemedelsforskning: bättre screening, inte färdiga mediciner

Origin Quantum och USTC har implementerat ett kvantförstärkt grafneuronnät på den supraledande kvantdatorn Origin Wukong. I rapporterade jämförelser ökade träffsäkerheten vid screening av antivirala HIV-läkemedel från 73 till 97 procent. För förutsägelser av läkemedel mot Alzheimers sjukdom steg den från 64 till 70 procent.

Resultaten ska dock inte tolkas som att en kvantdator har tagit fram ett kliniskt godkänt läkemedel. Det handlar om beräkningsbaserad screening och modellering. Laboratorietester, säkerhetsstudier och kliniska prövningar är fortfarande nödvändiga innan en behandling kan användas på patienter.

Säker kommunikation är Kinas tydligaste kommersiella genombrott

Kvantkommunikation är det område där Kina tydligast har gått från teknikdemonstrationer till infrastruktur. Det nationella kvantkommunikationsnätet har byggts ut till mer än 10 000 kilometer och är utformat för att fungera som ett operativt nät, snarare än enbart som ett forskningsprojekt.

Kinesiska storstäder har dessutom byggt stadsomfattande kvantkommunikationsnät. Uppgifterna omfattar mer än 40 städer, vilket skapar en grund för kommersiella tjänster med kvantsäkrad kommunikation.

China Telecom Quantum Group har erbjudit samtal med kvantnyckeldistribution, QKD, till både privatpersoner och organisationer. Bolaget har rapporterat över 7 miljoner användare och 5 000 institutionella kunder.

Det finns samtidigt en viktig begränsning: QKD skyddar själva utbytet av krypteringsnycklar. Det innebär inte automatiskt att alla andra delar av ett kommunikationssystem – exempelvis terminaler, programvara eller användarnas konton – är säkra.

Kvantsensorer kan nå vården före kvantdatorerna

CIQTEK har utvecklat ett magnetokardiografisystem baserat på en kvantspinsmagnetometer. Tekniken är avsedd för snabb och icke-invasiv undersökning av hjärtats funktion.

Utvecklingen illustrerar varför kvantsensorer kan få praktisk användning tidigare än allmänna kvantdatorer. En sensor behöver lösa ett avgränsat mätproblem och kräver inte en storskalig, feltolerant processor. Det kan göra vägen till en konkret vård- eller industriprodukt betydligt kortare.

Hybridmodellen blir normen – inte ett utbyte av superdatorer

I Hefei kombineras en högpresterande klassisk superdator med två supraledande kvantdatorer och en kvantdator baserad på fångade joner.

Arkitekturen speglar den sannolika arbetsfördelningen på kort sikt. Klassiska system sköter fortfarande databeräkning, styrning, felbegränsning, optimering och merparten av arbetsbelastningen. Kvantprocessorerna används som specialiserade acceleratorer för utvalda delproblem.

Det betyder att kvantdatorer i första hand kompletterar klassiska superdatorer. Eftersom fullt feltoleranta kvantdatorer fortfarande ligger flera år fram i tiden är det inte realistiskt att räkna med att de snart kommer att ersätta dagens klassiska beräkningssystem.

Hefei bygger ett helt ekosystem kring tekniken

Kinas utveckling handlar inte bara om enskilda maskiner. I Hefei har ett kluster med över 100 kvantrelaterade företag vuxit fram. Där kopplas universitet, nationella laboratorier, hårdvarutillverkare, telekomoperatörer och användare av tekniken samman.

Provinsen Anhui uppges förbereda tester av kvantteknik i hundratals verkliga användningsområden och planerar en kvantfond på 10 miljarder yuan. Sådana initiativ kan minska kostnaden och risken för företag som vill prova tekniken innan en mogen massmarknad har etablerats.

Oberoende analyser beskriver samtidigt Kinas kommersiella kvantkommunikation som mer mogen än landets sektorer för kvantberäkning och kvantsensorer. De pekar också på den nära kopplingen mellan utvecklingen, statlig finansiering och nationella strategiska mål.

Från kinesisk forskning till internationella marknader

Kinesiska företag börjar dessutom exportera hårdvara och teknisk kapacitet, inte bara publicera forskningsresultat. Origin Quantum har arbetat med export av sin teknik, medan Thailands planer på landets första kvantdator med fångade joner visar på efterfrågan på utländsk hårdvara, utbildning, molntillgång och lokal applikationsutveckling.

Den internationella expansionen har dock begränsningar. Exportkontroller och geopolitiska spänningar kan påverka både vilka marknader företagen når och hur leveranskedjorna utvecklas.

Det nya testet är ekonomiskt värde

Kinas kvantsektor bedöms alltså allt mindre utifrån frågan om en apparat kan visa upp en spektakulär kvanteffekt. Den viktigare frågan är om tekniken kan ge bättre väderprognoser, minska energiförluster, rangordna läkemedelskandidater, skydda kommunikation, effektivisera medicinska undersökningar eller skapa en tjänst som kunder faktiskt vill betala för.

Bevisläget är starkast inom kvantkommunikation och kvantsensorer. Inom kvantberäkning finns verkliga framsteg, men de är fortfarande smala, beroende av hybridlösningar och känsliga för hur resultaten jämförs med starka klassiska alternativ. Övergången från laboratorium till marknad har därmed börjat – men den sker stegvis och på olika sätt inom teknikens olika delar.