Projekty B+R – Quantum

Obliczenia kwantowe

Polski Węzeł Obliczeń Kwantowych

W efekcie realizacji powierzonego zadania "Wsparcie podmiotów realizujących zadania publiczne w sferze innowacji cyfrowych na rzecz nauki i społeczeństwa informacyjnego, poprzez zapewnienie dostępu do e-infrastruktury wykorzystującej obliczenia kwantowe, w tym dostęp do węzła IBM Q-HUB” przez Ministra Cyfryzacji powołano w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym pierwszy w Europie Centralnej – Polski Węzeł Obliczeń Kwantowych w ramach globalnej sieci IBM Quantum Network. Sieć IBM Quantum Network ma na celu optymalne wykorzystanie potencjału komputerów kwantowych i zastosowania ich do rozwiązania eksperymentalnych problemów. Krajowe instytucje zrzeszone w ramach tej sieci mają dostęp do najbardziej zaawansowanych i najnowocześniejszych systemów kwantowych IBM Q.

Ekosystem ten jest systematycznie rozwijany przez firmę IBM od wielu lat. W ramach tej inicjatywy użytkownicy z Polski mają dostęp do 127-kubitowego komputera kwantowego IBM Eagle oraz najnowszego 433-kubitowego komputera kwantowego IBM Osprey. Kwantowe centra innowacji i węzły obliczeń kwantowych działające w ramach IBM Quantum Network na całym świecie to wysokiej klasy społeczność globalna, skupiająca firmy z listy Fortune 500, start-upy, instytucje akademickie i laboratoria badawcze, które pracują nad rozwojem obliczeń kwantowych i badają ich praktyczne obszary zastosowań. Członkowie sieci IBM Quantum Network wraz z zespołami IBM Quantum wspólnie badają, testują i analizują, w jaki sposób obliczenia kwantowe mogą wpłynąć na rozwój społeczeństwa informacyjnego, nauki i gospodarki.

Partnerzy sieci IBM Quantum Network w Polsce

EuroQCS - Poland

Komputer kwantowy zainstalowany zostanie w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym. Konkurs - European High Performance Computing Joint Undertaking – EuroHPC JU, zakończył się wyborem sześciu europejskich ośrodków, które zostaną właścicielami i operatorami pierwszych komputerów kwantowych EuroHPC. Maszyny będące elementem szerszego programu EuroQCS (European Quantum Computing and Simulation), o łącznej wartości 100 mln EUR, ulokowane zostaną także w Czechach, Niemczech, Hiszpanii, Francji oraz we Włoszech.

PCSS jest koordynatorem i inicjatorem międzynarodowego polsko-łotewskiego konsorcjum (Euro QCS-Poland) i jednocześnie miejscem instalacji nowego systemu, a w konsorcjum projektowym uczestniczą ponadto Uniwersytet Łotewski, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN oraz firma Creotech Instruments S.A.

Głównym celem projektu PRACE-LAB2, jest dostarczenie specjalizowanych architektur komputerowych pod zastosowania związane z problematyką analityki dużych wolumenów danych, zastosowań wykorzystujących elementy sztucznej inteligencji oraz uczenia maszynowego, jak również symulacji obliczeń kwantowych.

W obszarze gospodarki prace rozwojowe skupiają się na dostarczeniu nowoczesnych rozwiązań kontenerowych w chmurze oraz nowych usług, m.in. HPCaaS (HPC as a Service).

Partnerzy

W ramach projektu "Narodowa Infrastruktura Superkomputerowa dla EuroHPC - EuroHPC PL" budowana jest specjalistyczna infrastruktura ogólnego przeznaczenia na potrzeby obliczeń wielkoskalowych, która umożliwi podejmowanie wyzwań badawczych w kluczowych z punktu widzenia polskiego społeczeństwa, środowiska naukowego i gospodarki obszarach.

Partnerzy

Celem projektu QATM jest opracowanie systemu pozwalającego na uzyskanie w czasie rzeczywistym rozwiązań opartych o algorytmizacje i rozwiązanie problemu zarządzania obiektami znajdującymi się w przestrzeni powietrznej naszego kraju. Innowacyjność zaproponowanego rozwiązania uwzględnia:

Udoskonalenie istniejących systemów ATM przy pomocy algorytmów kwantowych, które mogłoby umożliwić opracowanie wariantowo-optymalnych planów w czasie rzeczywistym, w odpowiedzi na dynamiczne zmiany w przestrzeni powietrznej przy uwzględnieniu wszystkich zadanych parametrów, ograniczeń i potencjalnie wielu kryteriów oceny rozwiązania.
Zabezpieczenie opracowywanych w ramach projektu rozwiązań poprzez wykorzystanie technologii komunikacji kwantowej, a w szczególności kwantowej dystrybucji klucza (ang. Quantum Key Distribution) do bezpiecznej transmisji wymienianych danych.
Opracowanie i weryfikacja kluczowych założeń do budowy systemów ATM nowej generacji z wykorzystaniem technologii kwantowych.

Przedmiotem projektu jest opracowanie oraz przeprowadzenie badań bezpieczeństwa asymetrycznych algorytmów szyfrowania, uzgadniania klucza (KEM lub KEX) i podpisu cyfrowego, które będą odporne na zagrożenia wynikające z możliwości realizacji obliczeń na komputerze kwantowym. Intensywny rozwój technologii komputerów kwantowych sprawia, że kryptoanaliza obecnie stosowanych kryptosytemów z kluczem publicznym staje się realna. W ramach projektu planowane jest przeanalizowanie publicznie dostępnych algorytmów

postkwantowych i zaproponowanie kryptosystemów realizujących funkcjonalność szyfrowania, uzgodnienia/wymiany kluczy i podpisu cyfrowego. Nowe algorytmy zostaną przeanalizowane pod kątem oferowanego poziomu bezpieczeństwa i zaimplementowane w postaci Demonstratora Technologii, który będzie stanowił referencyjną implementację. Dodatkowym celem projektu jest zademonstrowanie paradygmatu zwinności kryptograficznej (cryptographic-agility) w projektowaniu kryptosystemów.

Komunikacja kwantowa

EuroQCS PIONIER-Q

Program budowy infrastruktury EuroQCI (European Quantum Communication Infrastructure) zaczął powstawać w 2019 roku, a jej sieć ma zapewnić bezpieczne zaplecze dla komunikacji kwantowej, która obejmie całą Unię Europejską. Inicjatywa została podzielona na fazy i jest koordynowana z europejskimi programami rozwoju technologii kwantowych. Na początku planowane jest zbudowanie krajowych infrastruktur QCI, a następnie połączenie ich międzynarodowymi łączami naziemnymi lub satelitarnymi. W ramach konkursu na budowę krajowej infrastruktury QCI, PCSS złożył oficjalny projekt dla Polski. Po pozytywnej ocenie Komisji Europejskiej oficjalnie potwierdzono, że prace nad projektem będą prowadzone w najbliższych latach przez przedstawiciela konsorcjum PIONIER.

Konsorcjum PIONIER poprzez projekt PIONIER-Q zostało oficjalnym reprezentantem Polski w inicjatywie EuroQCI - European Quantum Communication Infrastructure. Realizacja PIONIER-Q jest ważnym krokiem w rozwoju sieci i środowiska PIONIER oraz szansą na podjęcie wielu inicjatyw i projektów w dziedzinie technologii kwantowych w Unii Europejskiej. W ramach projektu powstanie szkielet połączeń QCI pomiędzy centrami KDM i NASK w Polsce oraz będą wdrożone scenariusze wykorzystania tej technologii. Dodatkowo przeprowadzony zostanie program szkoleń i warsztatów, których celem jest promocja oraz rozwój komunikacji kawantowej, aby w kolejnych etapach przejść do rozwoju technologii QCI.

Otwarta europejska platforma testowa dla technologii Kwantowej Dystrybucji Klucza. Celem projektu OpenQKD jest rozwijanie oraz implementowanie w sieciach operacyjnych technologii związanych z komunikacją kwantową. Projekt wzmacnia czołową pozycję Europy w zakresie technologii komunikacji kwantowej.

demonstracja oraz integracja bezpiecznych rozwiązań komunikacji kwantowej w szerokim zakresie w europejskim krajobrazie cyfrowym.
opracowanie oraz uruchomienie kilku otwartych środowisk testowych technologii Quantum Key Distribution oraz mniejszych demonstratorów w celu promowania jej funkcjonalności w sieci i scenariuszy wykorzystania wśród potencjalnych użytkowników końcowych, ich aplikacji, usług i zainteresowanych podmiotów.
opracowanie innowacji, szkoleń oraz pomoc w rozwoju i rozpowszechnianiu wiedzy z zakresu technologii komunikacji kwantowej i związanych z nią usług, aplikacji.
opracowanie dokumentów standaryzujących rozwiązania z zakresu technologii Quantum Key Distribution oraz komunikacji kwantowej
opracowanie rozwiązań pod budowę Europejskiej Infrastruktury Komunikacji Kwantowej.

Celem projektu NLPQT jest rozwój ogólnokrajowej infrastruktury umożliwiającej praktyczne wykorzystanie własności pojedynczych obiektów kwantowych, ze szczególnym uwzględnieniem możliwości wykorzystania pojedynczych fotonów w komunikacji kwantowej. Infrastruktura NLPQT umożliwi prace badawczo-rozwojowe, prowadzące do zaprojektowania, uruchomienia i rozwoju złożonych i bezpiecznych systemów do kwantowej dystrybucji klucza kryptograficznego (QKD) i komunikacji kwantowej, a także integracji tych rozwiązań z innymi mechanizmami stosowanymi obecnie w celu zabezpieczenia danych przesyłanych przez systemy informatyczne i telekomunikacyjne. Ponadto w ramach projektu NLQPT zostaną utworzone testowe stacje robocze umożliwiające opracowywanie zastosowań pojedynczych obiektów kwantowych, takich jak elektrony, kropki kwantowe lub atomy.

W ramach prac projektu powstaną między innymi:

Międzymiastowe łącze QKD Warszawa-Poznań z zaufanymi węzłami
Lokalne łącza QKD w Warszawie i Poznaniu
Wdrożenie systemu QKD w operacyjnych platformach testowych i usługach
Rozwój i integracja technologii QKD z istniejącymi systemami optycznej transmisji danych
QKD w krajowym systemie wytwarzanie i dystrybucji wzorcowej nośnej optycznej

Infrastruktura posłuży do badań w obszarach: