Česko nemá kvantové firmy ani aplikovaný výzkum aneb Obavy z národní kvantové strategie

O české národní kvantové strategii můžete slýchat stále častěji. Občas však dostupné informace nejsou úplně pozitivní. V tomto článku bych rád rozebral, co je to kvantová strategie, jaká je situace u nás a jak by to podle mě celé mělo vypadat.

Tento příspěvek nevyjadřuje postoj organizací se mnou spojených, jako jsou ČVUT, Agentura Evropské unie pro Kosmický program (EUSPA) a další. Píšu jej čistě jako soukromá osoba, která již má pár let zkušeností v oboru, a to jak z akademické, byznysové, tak i administrativní perspektivy. Moje zkušenosti, hlavně ty v oblasti konzultací, zahrnují různé mezinárodní, ale i národní veřejné, bezpečnostní a vojenské organizace nebo vládní administrativy.

Moje akademické i profesionální zaměření je na kvantovou bezpečnost, vojenské využití kvantových technologií, etické a společenské otázky až po dopady na mezinárodní bezpečnost. Nicméně občas pracuji i jako konzultant pro investory či provozuji web Qubits.cz a píši týdenní přehledy kvantových novinek vycházející i na Lupě.

Tento příspěvek je reakcí na informace ohledně připravované národní kvantové strategie, které se ke mně dostávají z různých stran a ne vždy se jedná o informace pozitivní. Avšak protože jsem se o tomto nebavil přímo s konkrétními aktéry, zatím je ani nebudu jmenovat.

Než se podíváme na českou strategii, odbočíme do světa a shrneme si, co je cílem podobných strategií.

K čemu je dobrá národní kvantová strategie

Národní kvantové strategie jsou zpravidla státní strategické dokumenty, které na papíře definují strategické cíle v oblasti kvantových technologií, a to jak bezpečnostních, tak ekonomických. Obvykle si tyto strategie dávají cíle, jako jsou podpora a růst národního kvantového ekosystému nebo vlastní nezávislost/soběstačnost pro konkrétní technologie, například postavení národního kvantového počítače od nuly. A pak jsou tu bezpečnostní strategické cíle, kde může být definován přechod na kvantově odolné šifrování či přímo kvantovou distribuci klíče.

Než půjdu hlouběji, chci ukázat na nejčastější nepochopení či mýty:

• Kvantová strategie se rovná investice. Ano, často oznámení o strategii jde ruku v ruce s oznámením investice. Ale není to pravidlem. Strategie je zpravidla dlouhodobějšího rázu než oznámené investice. Cílem je hlavně určit priority, do kterých by se mělo investovat, když nějaké peníze jsou k dispozici, ať národní, nebo například z EU.
• Bez kvantové strategie to nejde. Je zde spousta zemí, kde mají zajetý kvantový ekosystém, a přitom tam není národní strategie. Ukázkou je Dánsko, kde je aktivní startupová i akademická sféra, ale strategii vydali teprve minulý týden, a to jen její první část.
• Bez státních investic to nejde. Ale jde. Naopak, ve většině případů, skoro ve všech, jde o čistý byznysový zájem, kdy zakladatelé startupů a spin-offů vidí příležitost s novými technologiemi. Rozhodně to nefunguje jako „ok, dejte nám prachy a my něco kvantového uděláme“. Ta motivace je zpravidla vnitřní.

Dnes již spousta zemí má národní strategii, například Austrálie, Dánsko, Finsko, In­die, Kanada, Německo, Nizo­zemí, Spojené království, USA, Švédsko. Celkový přehled můžete najít třeba na webu Quantum initiatives worldwide – update 2023.

Ještě si vysvětlíme pojem kvantový ekosystém. Ten se skládá z různých zainteresovaných stran, anglicky stakeholders. Tím se většinou myslí akademická sféra, zvláště ta, která dělá aplikovaný výzkum, kde je potenciál pro transfer, a tedy užitnou hodnotu. Pak se jedná o kvantové startupy a spin-offy (ty vznikají z univerzity s přímým přenosem duševního vlastnictví, zatímco startup většinou buduje duševní vlastnictví od nuly hlavně díky schopnostem zakladatelů, často z univerzit).

Dále do ekosystému patří větší společnosti, které jsou už zajeté a vstoupily do kvantového světa. A pak jsou zde investoři investující do kvantových projektů. Typické pro takový ekosystém je vertikální i horizontální spolupráce, tedy univerzity a společnosti se startupy, startupy mezi sebou a podobně.

Když se podíváme na výše zmíněné strategie, můžeme najít několik společných znaků:

• Všechny zmiňované země měly fungující kvantový ekosystém již před národní strategií. Tedy národní strategie již jen formuje něco, co většinou už docela dobře funguje.
• Popis aktuálního stavu v dané zemi (výzkum, infrastruktura, vzdělávání a tak dále). Jedná se o velmi důležitý element, protože nemá smysl stanovovat nějaké strategické cíle, pokud jich váš ekosystém nedokáže nebo jen velmi obtížně dokáže dosáhnout. Například ne každá země má na to, aby si vyvinula kvantový počítač vlastními silami. V takovém případě je lepší se zaměřit třeba na subdodávky prvků, ve kterých jsme silní, nebo na kvantový software.
• Strategie vznikala na základě diskuse s komunitou (akademici, průmysl, neziskové organizace a státní aktéři).
• Následně jsou stanoveny cíle či doporučení.

Standardními cíli či doporučeními, jsou:

• Podpora kvantového vzdělávání, tedy vznik nových oborů na univerzitách, školicí programy pro management a jiné odborníky.
• Inovace a transfer. Většina těchto strategií není o základním výzkumu (kde děláme bádání pro bádání, ale ne s cílem nějakého konkrétního aplikovatelného výsledku), ale o tom aplikovaném, který pak přinese užitnou hodnotu danému spin-offu, univerzitě a potažmo státu.
• Spolupráce. Strategie často podporuje či vytváří fóra, kde se podporuje spolupráce uvnitř vlastního kvantového ekosystému, ale i ven, ať už na úrovni vláda–vláda, průmysl–vláda, nebo průmysl–průmysl–univerzity.
• Častým elementem je zcela, nebo částečně zajistit podpůrné technologie (dodavatelského řetězce), abychom nebyli závislí na zemích, kde vztahy nejsou úplně stabilní.
• Strategie si často dávají za cíl konkrétnější čísla, kolik do nějakého roku chtějí mít výzkumníků v oboru, jaké velikosti kvantového trhu by měly dosáhnout či jaký by měl být profit pro danou zemi. S tím je často spojen popis dopadů na trh práce, mobilitu a další. Tam, kde se tomu opravdu věnovali, mají i část popisující, jak se zhodnotí přínosy a úspěchy dané strategie a investic.
• Nakonec jsou specifikovány kvantové technologie. V tom jsou některé strategie velmi obecné a popisují obecně užitek, některé jsou velmi cílené na základě očekávaných schopností vlastního kvantového ekosystému a podobně. V tomto bodě je to asi nejvíce roztříštěné.

Mě osobně se velmi líbí přístup v Německu, kde covidové peníze nerozdali a „neprožrali“, jako to udělala Babišova vláda, ale dali je do dlouhodobějších záležitostí, které v budoucnu budou moci snášet zlatá vejce a ještě více se transformují na vyspělejší ekonomiku.

Mezi podpořenými technologiemi jsou i ty kvantové. Například DLR (Německé středisko pro letectví a kosmonautiku) vypsalo výzvy na vývoj hned čtyř různých kvantových počítačů (z uvězněných iontů, NV center, fotonický a spinový). V každé výzvě zadalo, že do tří let (první fáze) chce prototyp s osmi fotonickými qubity a následně v druhé fázi (zhruba po roce) chce mít prototyp s minimálně 64 qubity a dobrou škálovatelností. A pro každou tuto oblast vzniklo konsorcium, které se vždy skládalo z německých univerzit, výzkumných ústavů (Max Planck, Fraunhofer), startupů a větších společností. Německo na to má kapacity.

Kvantový ekosystém v Česku

Kvantový ekosystém je slabina České republiky v kvantovém světě. Začnu od nejjednoduššího – startupů. Je tu společnost Quantum Phi, která patří autorovi tohoto článku a spíše se jedná o rodinný podnik než startup v pravém slova smyslu. Hlavní náplní jsou konzultační a poradenská činnost, firma je stále aktivní.

No a pak už tu nic není. V ČR také aktivně působí velcí hráči jako IBM, Microsoft, Atos, ale nikdo zde nemá žádnou kvantovou divizi (IBM jednu od léta rozjíždí – poznámka redakce).

Z pohledu investorů jsou tu například Tensor Ventures, kteří mají investici v americkém spin-offu QC82, a pár dalších neoznámených (pro Tensor občas pracuji jako kvantový konzultant, takže jsem dobře obeznámen se situací). Pokud by se něco zajímavého urodilo u nás, měl by tento fond zájem o brzkou investici. Možná i další fondy mají nějaké kvantové investice, ale nejsem si vědom nějaké realizované.

Pak je tu akademická sféra. Pokud je mi známo, většina aktivit je v oblasti základního, a nikoliv aplikovaného výzkumu. Což může být jeden z problémů, proč tu nejsou spin-offy ani startupy. Pro ne úplně aktuální přehled kvantových aktivit se můžete podívat na web Národní iniciativa pro kvantové technologie (poslední novinka je z roku 2020, takže asi tak iniciativní nebude), najdete tam i nějakou roadmapu popisující aktivity na jednotlivých pracovištích. Některé položky vypadají zajímavě až slibně, ale pokud vím, tak do nějaké aplikované formy, tedy produktu, nic přetavené nebylo.

To, že u nás dominuje základní výzkum, asi souvisí možnostmi financování, tedy hlavně z Grantové agentury ČR nebo různých infrastrukturních projektů. Takže tady asi problém nebude a není zde třeba dotací z peněz na kvantovou strategii. Pokud je zdejší (základní) výzkum tak vynikající, jak někteří tvrdí, neměl by pro místní výzkumníky být problém čas od času dosáhnout na nějaké ERC granty (nevím o žádném v ČR na kvantové technologie) nebo mít pravidelný úspěch v projektech QuantERA.

V QuantERA jsou vlastně dvě výzvy. Jedna od ministerstva školství na základní výzkum a druhá od Technologické agentury ČR na aplikovaný výzkum. Zatímco v tom základním je ČR docela úspěšná (hlavně díky Univerzitě Palackého), mezi aplikovanými nemáme žádného zástupce.

Kromě projektu LUMI-Q pod IT4Innovations (kvantový počítač pro ČR) tu není žádná česká (technologická/fyzikální) účast v žádném velkém evropském projektu. Takže čest výjimkám.

Ale abych úplně nehanil, máme tady nějaký aplikovaný výzkum hlavně v kvantových komunikacích, například na VUT Brno (projekt NESPOQ) či spoj Ostrava–Těšín od IT4Innovations a CESNET. Další aktivita je v oblasti konzultací například pro NATO – moje maličkost – ale je otázka, zda to brát jako aplikovanou záležitost.

Pak je tu oblast vzdělání. Zde největší naději vidím v připravovaném mezifakultním oboru na ČVUT – Kvantová informatika. Na FJFI ČVUT je již obor kvantové technologie, ale zatím úplně moc odborníků (zatím) neprodukuje.

Takže vlastně tu máme jen akademickou sféru a ne ten zbytek, takže se moc o kvantovém ekosystému jako takovém nedá mluvit. A to nemluvím o mezilidských vztazích napříč institucemi, nebo dokonce uvnitř institucí.

Česká kvantová strategie

O národní kvantové iniciativě není přímo známo nic. Jen z médií, například rozhovor s ministryní pro vědu a výzkum paní Langšádlovou či zájem z USA. Já mám informace, že kvantová strategie ČR je již napsaná. No, většinou se taková strategie tvoří spolu s kvantovou komunitou, jak popisuji výše, ale u nás se to asi dělá jinak. Asi si ji někdo píše po večerech…

Další informace zase hovoří o tom, že reálným autorem není ministryně Langšádlová a její úřad, ale jedna nadnárodní korporace, která v kvantovkách působí, a vybraná skupina lidí vedená jedním profesorem. Nicméně samotnou strategii jsem k dispozici neměl a nemohu ji tedy reálně zhodnotit.

Nicméně rád bych zde sepsal pár svých obav:

• Strategie je formována komerční firmou, navíc z ciziny. Akciové firmy mají jeden cíl, vytvářet zisk svým akcionářům. Takže lze předpokládat, že daná společnost má v úmyslu ve velkém prodat své služby.
• Bez spekulací o tom, o jakou společnost jde, bych rád zdůraznil následující. Obecně jsou rámcové spolupráce vítané. Ale musíme být opatrní na podmínky. Například se objevuje typický český zvyk, tzv. vendor lock-in, kdy je dán jen jeden dodavatel jedné technologie, často s velmi složitou až nemožnou změnou. To by zvláště u kvantových počítačů mohlo být nebezpečné. Je důležité zajistit přístup akademikům, ale i případně startupům, k různým kvantovým počítačům.
• Příklad: ačkoliv se nyní zdají supravodivé qubity jako nejpokročilejší, zdaleka to neznamená, že to bude ten vítězný qubit. Já osobně to zatím vidím na fotonické a spinové jako vítěze. Navíc různé algoritmy se hodí pro různé typy qubitů. Tedy, je důležité se neupsat jediné technologii, ale být tzv. hardware agnostic a mít přístup ideálně ke všem typům kvantových počítačů.
• Strategii píše vybraná osoba, nebo jen malý okruh. Tohle je ještě horší obava. Co k tomu dodat. Dokud si tu strategii nepřečtu a nepřesvědčím se o opaku, tak mám důvody si myslet, že daná skupina si to více či méně přizpůsobí svým potřebám. Jak píšu výše, strategie by měla být výsledkem ideálně domluvy všech relevantních hráčů a státu, a ne jednotlivých výzkumníků, kteří jsou defaultně ve střetu zájmů.
• Strategie bude nekvalitní a nebude pokrývat skutečný potenciál ČR. Pokud platí alespoň jeden z předpokladů výše, jedná se o implikaci. Strategie by měla vést k posunu ČR v oboru, a ne ke zvýhodnění jednotlivců, organizací či společností. Například pokud zde běží projekt na kvantové senzory, ale strategie se o senzory nezajímá, asi je něco špatně.

Skoro jako oficiální akce k národní strategii mohla vypadat nedávná akce Quantum Day. Doufejme, že tomu tak není, neboť by to rozhodně nereprezentovalo celou českou akademickou sféru, ale spíše podporovalo zde popsané obavy. Pocity návštěvníků byly spíše rozpačité, zvláště ke konci, kdy atmosféra nebyla úplně přátelská. 

Na druhou stranu v publiku byli různí zástupci českého „ekosystému“ a obecně zájem o strategii byl. Samotný program vyznívá spíše jednostranně (hodně prostoru získala IBM – poznámka redakce). Avšak pokud šlo primárně o propagaci vzniku technologické platformy zaměřené na aplikované kvantové technologie, tak je to v pořádku. A takovou aktivitu maximálně vítám a doufám, že ta platforma bude opravdu otevřena všem.

Jak by měla vypadat naše kvantová strategie

Aby se neřeklo, že jen kritizuji, tak řeknu i „B“, tedy jak si myslím, že by naše národní kvantová strategie měla vypadat. Vzhledem k tomu, že tu nemáme plnohodnotný ekosystém, o který bychom se mohli opřít, je k tomu potřeba přistoupit trochu jinak. Strategii rozdělím na dvě části – bezpečnostní a ekonomickou.

Bezpečnostní část by měla stanovit strategické cíle a aktivity v oblasti kvantově odolného šifrování (alespoň v oblasti vzdělávání, jinak je to hlavně na ramenou NÚKIBu) a pak by roli měla hrát kvantová komunikační infrastruktura. Zde v podstatě není na výběr a ani není extra moc času v případě kvantově odolného šifrování. ČR je součástí organizace EuroQCI, budování kvantové sítě by tedy mělo spadat tam.

EuroQCI má, jednoduše řečeno, dvě fáze. První je testovací a vzdělávací. V rámci této fáze bychom měli zprovoznit různé kvantové linky po optických kabelech a ideálně s kvantovými satelity. To je hlavně záležitost univerzit a organizací, jako je například CESNET. Pak je tu vzdělávací část, kde by všichni možní budoucí uživatelé měli být seznámeni s možnostmi a fungováním kvantových komunikací.

To mě přivádí k druhé fázi, tedy ostrému nasazení kvantových sítí. Ty by měly operovat až na úroveň EU Tajné, tedy druhý nejvyšší stupeň utajení, a to už „není žádná sranda“, slušně řečeno. Mít něco certifikovaného na tento stupeň zabezpečení je velmi náročné, už jdeme mimo univerzity a asi to bude na bedrech operátorů a firem jako CETIN. Případně si to budou některé složky jako armáda obsluhovat samy.

V bezpečnostní oblasti by se tedy kvantová strategie měla soustředit hlavně na koordinaci státních organizací a české iniciativy v EuroQCI. Finančně bude EuroQCI pokryté hlavně z EU, ale pokud pomůže stát, tak jenom dobře. Kvantově odolné šifrování se řešit musí, ale nemusí být nutně součástí této strategie.

Pak je tu ta ekonomická část. Jak jsem psal výše, strategii píšeme, protože my, jako vláda/stát, chceme do budoucna z tohoto oboru těžit jako celek, ne jen vybrané struktury. Avšak naše situace je specifická kvůli chybějícímu ekosystému, jak už jsem také zmiňoval. Proto je potřeba ke strategii přistoupit jinak.

První část je vždy zjistit současný stav. V tomto směru by bylo vhodné vytvořit fórum, výzvu, kde by se připojili všichni relevantní zájemci o formování strategie. Tím by se vyřešilo i zmapování současného stavu.

Zatímco jinde se o svůj kvantový ekosystém opírají, my ho potřebujeme vybudovat. Zde to není o nalití peněz jako házení zrní slepicím, které se seběhnou. V první řadě je potřeba udělat průzkum, proč tady ten ekosystém není.

Nyní malá odbočka – podívejme se na sousedy. Německo – 32 startupů (minimálně šest akademických spin-offů, dva korporátní spin-offy, minimálně šest, kde alespoň jeden ze zakladatelů je aktivní profesor nebo univerzitní výzkumník). Rakousko – tři startupy (všechny jsou univerzitní spin-offy). Polsko – 10 startupů (minimálně šest, kde alespoň jeden ze zakladatelů je aktivní profesor nebo univerzitní výzkumník, minimálně v osmi jeden ze zakladatelů má Ph.D. z některého oboru fyziky). Slovensko – nula startupů. Tady je situace dost podobná ČR, ale alespoň tam mají Slovenské národní centrum pro kvantové technologie. Tedy ten směr univerzita – startup nebo spin-off je zcela klíčový.

Takže primární otázka je, čím jsme tady tak specifičtí, že tu nejsou kvantové spin-offy a ani „kvantoví odborníci“ zakládající startupy? A druhá základní otázka je, jestli to jde nějak napravit a změnit, nějak je podpořit.

Až budeme mít tyto odpovědi, lze mluvit o nějaké finanční podpoře, a to přímo na podporu vzniku spin-offů a startupů, určitě ne na základní výzkum, minimálně ne v této fázi a pozici. Mělo by jít o soutěž, kde podané návrhy budou slibovat nějaký softwarový/hardwarový prototyp do řekněme tří až pěti let. A finanční podpora by měla uspokojit laboratorní potřeby, nebo třeba přístup ke kvantovým počítačům. Toto by asi měla být největší priorita směřování finanční podpory.

Druhým pilířem by pak měla být cílená podpora aplikovaného výzkumu v oblasti kvantových technologií. S ohledem na silnou pozici ČR v IT bych podporoval aplikovaný výzkum v oblasti kvantového a hybridního softwaru. Toho lze docílit rozšířením výuky kvantové informatiky na informatických fakultách. Ale rozhodně tu musí být prostor, pokud nějaký tým přijde i s jinou technologií, třeba kvantový senzor – prototyp do tří let, měl by se rovněž podpořit.

Důležité je podporovat projekty s potenciálem nějakého produktu. Až když rozjedeme svůj kvantový ekosystém, lze uvažovat o podpoře více akademického výzkumu – ten zatím bez problému může čerpat z GAČR, ERC, QuantERA a podobně.

Dalším důležitým aspektem takové strategie by mohla být technologická diplomacie na ministerstvu zahraničí či jiné instituce. Ta by mohla pomoci se strategickými partnerstvími jak na vládní, tak na akademické nebo průmyslové úrovni. S něčím takovým začínají v Rakousku, kde kvantové technologie budou jedním ze tří pilířů jejich technologické diplomacie. Konkrétním příkladem může být pomoc při vytváření nebo zapojování se do konsorcií pro projekty Evropské obranné agentury a jejich fondů.

Dalším spíše právním či legislativním cílem strategie by mohl být tlak na zjednodušení podmínek zakládání a ručení za spin-offy ze strany univerzit.

Nicméně jedná se o nástřely, jak to vidím já. Ta hlavní pointa je v tom, že by tu na toto téma měla být široká diskuse, a ne naopak.

Ještě jednou bych rád zdůraznil, že zvláště průmyslová část kvantového ekosystému by měla vzniknout z čistého byznysového zájmu, protože tam vidí příležitost, a ne jako grantová turistika.

• Chcete mít Lupu bez bannerů?
• Chcete dostávat speciální týdenní newsletter o zákulisí českého internetu?
• Chcete mít k dispozici strojové přepisy podcastů?
• Chcete získat slevu 1 000 Kč na jednu z našich konferencí?

Staňte se naším podporovatelem

Chci se stát podporovatelem