Pavel Kolář: Přechod na kvantové technologie je o lidech

Kvantové počítače mohou v budoucnu zásadně proměnit způsob vedení vojenských operací, ochranu citlivých informací, logistiku i rozhodování velitelů na moderním bojišti. Česká republika se přitom prostřednictvím Quantum Innovation Center Czech Republic zapojila do světového výzkumu kvantových technologií a jedním z klíčových partnerů tohoto projektu je také Univerzita obrany. O současných možnostech kvantových počítačů, jejich budoucím vojenském využití, spolupráci s Armádou České republiky i o nutnosti přípravy nové generace odborníků hovořil v podcastu CZ DEFENCE bývalý velitel českých speciálních sil a současný manažer projektu Quantum Innovation Center Czech Republic Pavel Kolář.

Video: Pavel Kolář: Přechod na kvantové technologie je o lidech / CZ DEFENCE

Kvantové technologie představují jednu z oblastí, které mohou v příštích desetiletích výrazně ovlivnit podobu moderních ozbrojených sil. Jejich potenciál sahá od zpracování obrovského množství informací přes vývoj nových materiálů až po navigaci v prostředí, kde protivník dokáže rušit satelitní signál. Přestože se o kvantových počítačích často hovoří jako o technologiích budoucnosti, jejich praktické využívání již začalo. Česká republika je součástí tohoto vývoje prostřednictvím Quantum Innovation Center Czech Republic, které propojuje akademické instituce, obranný sektor a průmysl. Podle Pavla Koláře je však důležité nepodléhat představě, že kvantový počítač představuje univerzální nástroj schopný okamžitě vyřešit jakýkoliv problém. Současnou situaci přirovnává k počátkům klasických počítačů v padesátých letech minulého století, kdy jejich budoucí význam odborníci tušili, ale konkrétní možnosti využití se teprve začínaly otevírat. „V současné době to není žádná zázračná skříňka, která dokáže vypočítat všechno. Je to stroj, u kterého se prověřila jeho teoretická schopnost být velice užitečným nástrojem a v některých operacích překonávat klasický počítač. Máme za sebou první použitelné a hmatatelné výsledky,“ vysvětluje Kolář.

Kvantové počítače jsou zatím technologicky mimořádně náročná zařízení. Vyžadují specifické provozní podmínky, v některých případech chlazení na teploty blížící se absolutní nule, a jejich ovládání předpokládá znalosti matematiky, informatiky, kvantové mechaniky i programování. Na rozdíl od běžných počítačů navíc nejsou určeny k samostatnému vykonávání všech výpočetních operací. Jejich význam spočívá především ve schopnosti řešit určité mimořádně komplikované úlohy, které jsou pro klasické výpočetní systémy obtížné. České Quantum Innovation Center působí v rámci mezinárodního ekosystému IBM Quantum Network. Sdružuje osm vědeckých institucí, konkrétně sedm univerzit a Akademii věd České republiky. Podstatné přitom je, že společným směrem jejich aktivit je také obrana a bezpečnost.„Myslím si, že se nám velice úspěšně podařilo zahájit procesy tak, abychom všichni táhli jedním směrem, který je pro nás podstatný a je definován ve vztahu k obraně a bezpečnosti. Celá ta komunita směřuje k cíli dosáhnout lepší obranyschopnosti tohoto státu,“ zdůrazňuje Kolář.

Výzkumníci v České republice přistupují ke kvantovým počítačům vzdáleně prostřednictvím cloudového prostředí. Připraví konkrétní problém, sestaví algoritmus a využijí kombinaci klasických a kvantových výpočetních prostředků. Podle Koláře klasický počítač provádí většinu operací, zatímco kvantový systém přebírá specifickou výpočetně náročnou část úlohy. České centrum má díky svému postavení v síti IBM přístup ke špičkovým technologiím včetně systémů se 156 kvantovými bity neboli qubity. Jejich počet však sám o sobě nepředstavuje univerzální měřítko výpočetního výkonu.Výzkum již není pouze teoretický. V rámci českého konsorcia vznikly desítky dílčích projektů, které se orientují mimo jiné na oblasti zajímavé pro armádu. Jejich řešitelé postupují v několikaměsíčních cyklech, během nichž ověřují možnosti praktického využití jednotlivých algoritmů. „Naši vědci, akademici a studenti již používají kvantový počítač. Dělají už praktické věci. Jsme na začátku, hmatatelné výsledky ještě nemáme po ruce, ale ten proces už jsme zahájili,“ konstatuje Kolář.

Jedním z hlavních témat je konkrétní využití kvantových technologií v budoucích vojenských operacích. Podle Koláře se odborníci soustředí zejména na vývoj nových materiálů, farmaceutický výzkum a optimalizační úlohy. Právě optimalizace přitom otevírá mimořádně zajímavé možnosti pro ozbrojené síly. V civilním prostředí může jít například o plánování dopravy, zásobování nebo efektivní provoz rozsáhlých logistických sítí. Ve vojenském prostředí se podobné principy mohou uplatnit při přesunech jednotek, plánování zásobovacích tras, vyhodnocování rizik nebo koordinaci složitých operací. Kolář v této souvislosti připomněl zkušenosti kolegů při řešení problematiky dopravy s ohledem na potenciální nebezpečí improvizovaných výbušných zařízení. Při hledání optimálních tras využíval matematické postupy založené na teorii her. Právě podobné úlohy představují jednu z oblastí, kde by kvantové výpočty mohly v budoucnu nabídnout nové možnosti. „Samozřejmě to prostředí, kdy velitel je v nějaké operační místnosti, teď se na něho valí všechny ty možné informace, ve kterých se potřebuje zorientovat, je součástí optimalizace. To může v tom vojenském prostředí pomoci,“ vysvětluje bývalý velitel speciálních sil.

V souvislosti s modernizací Armády České republiky se tak nabízí otázka využití kvantových technologií například při zpracování informací z budoucích bojových letounů F-35. Ty budou součástí rozsáhlého systému sběru, sdílení a vyhodnocování dat, jehož efektivita bude stále významnějším faktorem vojenského rozhodování. Kolář potvrzuje, že právě takové úlohy do potenciálního využití kvantových technologií zapadají. Neméně důležitá je otázka jejich vztahu k umělé inteligenci. Ta již dnes postupně proniká do vojenského plánování, analýzy dat i systémů velení a řízení. V budoucnu by se podle Koláře mohly obě technologie vzájemně doplňovat.„Umělá inteligence bude tvořit něco jako mozek těla, bude připravovat a zpracovávat data, vyhodnocovat data. Kdežto kvantový počítač bude jako sval, který bude ty složité výpočty, které jsou potřeba právě k tomu zpracování, vyhodnocování a přípravě, zpracovávat,“ přibližuje Kolář svou představu jejich budoucí spolupráce.

Zásadní bezpečnostní výzvu představuje také kryptografie. Současné šifrovací metody chrání obrovské množství informací, včetně vojenské komunikace, strategických dokumentů nebo osobních údajů. Dostatečně výkonné kvantové počítače by však v budoucnu mohly prolomit některé dnes běžně používané kryptografické systémy. Kolář upozorňuje především na nebezpečí, kdy protivník již dnes shromažďuje zašifrovaná data s předpokladem, že je v budoucnu dokáže rozluštit. Tento princip je známý jako *harvest now, decrypt later*, tedy shromažďuj nyní, dešifruj později. „Někdo může říct: Dobře, ale to se stane třeba za deset let. Nicméně ty informace, které jsou dneska dostupné, zejména v oblasti obrany a bezpečnosti, jsou dlouhotrvajícího charakteru. Informace i v budoucnu mohou být využity v náš neprospěch,“ varuje Kolář. Odpovědí na tuto hrozbu je postkvantová kryptografie, která má zajistit bezpečnost informací i v době dostupnosti výkonných kvantových počítačů. Přechod na nové způsoby zabezpečení však nebude jednoduchý. Vyžaduje nejen technologické změny, ale také přípravu kvalifikovaných odborníků a postupnou modernizaci informačních systémů. Kolář v této souvislosti upozornil na rok 2033 jako na jeden z významných časových milníků, ke kterým se vztahují americké plány přechodu na nové kryptografické standardy.

Dalším důležitým směrem jsou kvantové senzory. Jejich mimořádná citlivost by mohla umožnit přesnější měření fyzikálních veličin a především přispět k navigaci v prostředí, kde není dostupný satelitní signál. „V současné době používáme systém GPS, který může být rušen. V případě výpadku tohoto současného navigačního systému a jeho evropského ekvivalentu nám mohou kvantové senzory tím, že dokážou například velice citlivě měřit magnetické pole a další vlastnosti, které souvisí s navigací, doplnit ten vypnutý prvek a zpřesnit nebo umožnit samotnou navigaci,“ popisuje Kolář.

Pro moderní armádu, jejíž schopnosti jsou stále více závislé na přesné navigaci, synchronizaci a datovém propojení jednotlivých systémů, by takové technologie mohly představovat významnou výhodu. Současně jde o další příklad, kdy technologický pokrok otevírá nové možnosti, ale zároveň vytváří nové požadavky na personál. Právě otázka připravenosti českých ozbrojených sil proto v rozhovoru získala zásadní význam. Univerzita obrany je jedním z klíčových partnerů Quantum Innovation Center a její akademici, studenti i zaměstnanci se podílejí na vzdělávání a praktických výzkumných projektech. Do spolupráce se zapojují také odborníci z armádního prostředí.

Podle Koláře je důležité rozlišovat mezi specialisty, kteří budou kvantové technologie přímo vyvíjet a využívat, a veliteli, kteří potřebují především rozumět jejich možnostem a omezením. „Myslím si, že nároky na současného vojáka jsou extrémně vysoké a musíme být schopni rozlišit, do jaké míry daný jedinec v tom týmu bude zapojen do toho celkového celku,“ upozorňuje. České centrum si při zahájení činnosti stanovilo cíl proškolit přibližně 500 odborníků. Vedle základních vzdělávacích aktivit probíhají také pokročilé programy ve spolupráci s IBM, zaměřené na samostatnou práci s kvantovými počítači a řešení konkrétních projektů. Podle Koláře se daří naplňovat původně stanovené cíle a postupně vytvářet širší komunitu expertů.

Jako bývalý vysoký představitel Armády České republiky přitom pozitivně hodnotí její zájem o nové technologie. Podle jeho zkušeností si armádní vedení uvědomuje, že technologický rozvoj představuje nezbytnou součást budoucí obranyschopnosti. Významnou roli v tomto směru hrají také programy NATO a Evropské unie, které podporují zavádění průlomových technologií do bezpečnostního a obranného prostředí. Kvantové počítače podle Koláře klasické výpočetní systémy nenahradí. Budou je doplňovat tam, kde jejich specifické schopnosti přinesou skutečnou výhodu. Přesto očekává, že období mezi lety 2026 a 2030 může znamenat významné urychlení jejich vývoje. Otázkou tak není pouze to, jak rychle budou technologie postupovat, ale zda se na jejich využití dokážou připravit instituce a především lidé. Právě zde vidí Pavel Kolář nejdůležitější úkol pro Armádu České republiky. „Máme fantastický přístup k unikátním špičkovým technologiím, ale technologie se dají koupit nebo pronajmout. Vybudovat nějakou solidní vrstvu odborníků trvá věky. A v tomhle směru bych doporučil armádě, aby pokračovala. Prostě přechod na kvantové technologie je o lidech, tak jako v mnoha dalších nových technologiích. A čím širší bazén těch lidí, odborníků, které budeme mít k dispozici, tak tím lépe pro nás,“ uzavírá v novém pokračování podcastu CZ DEFENCE Pavel Kolář, manažer projektu Quantum Innovation Center Czech Republic.

ZDROJ ZDE