Rok 2025 byl oficiálně vyhlášen Mezinárodním rokem kvantové vědy a technologií — a není divu. Vývoj kvantových technologií nabírá na obrátkách a jejich dopad se dotýká prakticky všech odvětví, včetně automobilového průmyslu.
Kvantové počítače, kvantová komunikace i kvantové senzory otevírají cestu k rychlejším simulacím, efektivnější výrobě i chytřejší dopravě. Co přesně přináší tento revoluční obor právě výrobcům a vývojářům aut? Pojďme se na to podívat blíže!
V následujících řádcích si nejprve stručně představíme kvantové počítače.
Základní princip kvantových počítačů spočívá v tom, že zpracovávají informace pomocí
kvantových bitů (qubitů) namísto klasických bitů 0/1.
Qubit může nabývat hodnoty 0 a 1 současně (díky jevu zvanému
kvantová superpozice) a více qubitů může být vzájemně
kvantově provázáno (tj. stav jednoho závisí na stavu druhého, i na dálku).
To kvantovým počítačům umožňuje zpracovávat informace paralelně způsoby, které klasické stroje neumožňují, a řešit některé složité úlohy nesrovnatelně rychleji než klasické algoritmy.
Kvantový počítač tak není rychlejší ve všech úlohách, ale u určitých problémů (jako je faktorizace čísel, vyhledávání nebo simulace kvantových systémů) nabízí dramatický výpočetní náskok
Kvantové počítače jsou zatím ve fázi prototypů s omezeným počtem qubitů a s nestabilními kvantovými stavy náchylnými k chybám (tzv.
NISQ éra). Sestrojení plně funkčního univerzálního kvantového počítače je mimořádně obtížný technický problém, ale pokrok rychle pokračuje.
Například
IBM v roce 2022 představila supravodivý
kvantový procesor Osprey s 433 qubity a plánuje rozšíření na 1000+ qubitů v nejbližších letech.
K dalším milníkům patří zlepšování
kvantové korekce chyb, která je klíčová pro škálování kvantových počítacích systémů. Vývoj kvantových technologií je globální závod – výrazně investují
USA, Čína, Evropa, Velká Británie, Japonsko či Austrálie, přičemž například Británie má národní kvantový program již přes deset let.
Velké technologické firmy i specializované startupy (
IonQ, Rigetti, D-Wave aj.) soutěží o prvenství v realizaci výkonnějších kvantových počítačů a jejich praktických aplikací.
Zajímá vás o kvantových technologiích více? Pak si přečtěte také:
ČR (překvapivě…?) není pozadu!
I v České republice jsou si představitelé kvantových technologií vědomi jejich důležitosti a podporují jejich rozvoj na všech úrovních.
„V loňském roce navštívila špičková česká pracoviště zabývající se kvantovými technologiemi zmocněnkyně pro kvantové technologie USA Prineha Narang. Na NTC jsme s ní stále v kontaktu, probíhají online setkání a diskutujeme možnosti budoucí spolupráce,“ říká Ján Minár, profesor v oboru Aplikovaná fyzika z výzkumného centra NTC.
Nesmí být opomenuta zmínka, že v ostravském centru
IT4Innovations se připravuje vývoj vlastního kvantového počítače, který bude finančně podporovat Evropská unie.
Již víme, že kvantové technologie jsou revoluční v tom, že umožňují rychle řešit složité matematické problémy, které by běžné počítače nezvládly nebo zvládly v nereálném čase. Pro automobilový průmysl to znamená řadu výhod.
Ty se týkají především počítačového modelování vybraných situací – tedy pomáhají docílit situace, kdy zjistíme, „co by bylo, kdyby,“ bez potřeby to „kdyby“ skutečně způsobit.
Obtížně modelovatelné jevy jako turbulence ve vzduchu, vyváženost vozidla (optimální design), inovace v efektivitě materiálů, nebo optimalizace logistiky dokáží kvantové technologie hravě vyřešit.
Takřka všechny velké automobilky jako Volkswagen, Ford, BMW, Mercedes-Benz nebo Hyundai si uvědomují význam kvantových technologií pro svůj průmysl a navazují proto strategické spolupráce s firmami zaměřenými na kvantový výzkum a vývoj.
Zároveň vznikají průmyslová konsorcia a výzkumné iniciativy, které mají využití kvantových technologií urychlit.
V Německu deset firem (včetně Volkswagen, BMW a Bosch) založilo konsorcium QUTAC (Quantum Technology and Application Consortium) s cílem společně rozvíjet průmyslové kvantové aplikace.
Mezinárodně se prosadil například projekt
Quantum Mobility Quest – společná iniciativa Airbusu a BMW podporovaná Amazonem – jenž vyzval startupy a výzkumníky k řešení aktuálních problémů automotive a letectví pomocí kvantových algoritmů
Takové projekty se zaměřují na širokou paletu oblastí od
zlepšení aerodynamiky, přes
strojové učení pro autonomní řízení, až po
optimalizaci dodavatelských řetězců.
Vlády, univerzity i průmysl tedy spojují síly v očekávání, že v horizontu 5–10 let přinesou kvantové technologie hmatatelné výsledky, jakmile dozraje potřebný hardware a algoritmy.
Pojďme se na příkladu reálných logistických a infrastrukturních problémů podívat, jak mohou kvantové technologii pomoci v řešení technických problémů souvisejících s automobilovým průmyslem.
#1 Problém obchodního cestujícího
Nejspíš jste o tom už slyšeli.
Obchodní cestující dostane seznam měst, která musí objet, a přemýšlí nad nejefektivnější strategií postupu – tedy takovou, která mu umožní navštívit všechna města co nejrychleji (co nejkratší cestou).
Problém tu není v tom, že bychom nevěděli, jak postupovat při řešení této matematické úlohy. Ono je to celkem jednoduché: Podíváme se na všechny možné kombinace cest a jejich délky a následně vybereme tu nejkratší.
Obtíž vzniká až tehdy, kdy má náš obchodní cestující objet ne 10, ale třeba 1 000 000 měst. Pak už jde o algoritmicky natolik náročnou úlohu, že běžné počítače na ni v reálném čase nestačí.
Je třeba poznamenat, že od určité úrovně složitosti
je i pro kvantové počítače problém obchodního cestujícího neřešitelný. Je nicméně jasné, že ona přijatelná úroveň složitosti je v případě kvantových počítačů o dost výše než u běžných (super)počítačů.
Pro řešení reálných logistických problémů jsou tak kvantové počítače skvělým pomocníkem.
#2 Reálné dopravní situace
To, že se v případě problému obchodního cestujícího nejedná o „pouhou“ teoretickou abstrakci, vidíme například u otázek spojených s
optimální městskou infrastrukturou.
Právě za účelem řešení úlohy nejefektivnějšího rozvržení dopravy tak, aby nevznikaly zbytečné zácpy, spustila v roce 2019 německá automobilka Volkswagen
projekt Quantum Shuttle. Projekt využívá kvantový počítač od společnosti
D-Wave k optimalizaci tras devíti veřejných autobusů.
Posun oproti klasickým navigačním systémům spočívá v tom, že zatímco klasická navigace dokáže poradit optimální trasu vzhledem k
aktuální dopravní situaci, navigace využívající kvantové výpočty je schopna zohlednit i rozhodnutí
ostatních navigací napojených do systému a pracovat tak nejen se současností, ale i s (potenciální) budoucností, a to v reálném čase.
#3 Optimalizace v továrnách
Obsah předchozí sekce se netýká jen dopravní infrastruktury, ale i optimalizace procesů ve skladech, firmách a dodavatelských sítích.
BMW například otestovalo kvantovou optimalizaci pohybu výrobních robotů ve svých závodech ve spolupráci s platformou Amazon Web Services.
Kvantový algoritmus dokázal najít kratší dráhy robotických ramen a eliminovat prostoje, což slibuje rychlejší montáž bez kolizí.
Další logistickou výzvou je řízení celého dodavatelského řetězce: velké automobilky mají stovky dodavatelů a distribuují hotová vozidla po celém světě, takže i malé zlepšení trasování a plánování se násobně projeví v úsporách.
#4 Kvantové technologie a autonomní vozidla
Řešení těchto problémů bude o to aktuálnější s plošným nástupem autonomních vozidel. Lze se domnívat, že jejich provoz bude předpokládat funkčnost kvantových navigačních systémů, které budou řešit logistické problémy „za pochodu“.
Navíc mohou kvantové technologie urychlit efektivní nasazení autonomních vozidel tím, že jim poskytnou možnost rychle a efektivně analyzovat okolí (Vstoupí chodec do vozovky? Vjede mi tam to auto?) a přizpůsobovat mu svou jízdu.
#1 Jaký je rozdíl mezi klasickým a kvantovým počítačem?
Klasický počítač pracuje s bity 0/1, zatímco kvantový počítač používá qubity, které mohou být současně v obou stavech (0 i 1). To umožňuje zpracovávat obrovské množství dat paralelně a řešit některé úlohy mnohem rychleji než klasické počítače.
#2 Proč je rok 2025 označován jako Mezinárodní rok kvantové vědy a technologií?
Tento rok byl vyhlášen OSN jako Mezinárodní rok kvantové vědy a technologií, aby upo-zornil na rostoucí význam a potenciál kvantových technologií v různých odvětvích, včet-ně průmyslu, zdravotnictví a dopravy.
#3 Jak kvantové technologie ovlivní automobilový průmysl?
Kvantové technologie umožní rychlejší simulace (např. pro vývoj baterií nebo aerody-namiky), optimalizaci logistiky a dopravy (například plánování tras autobusů nebo do-davatelských sítí) a podporu autonomního řízení.
#4 Co je problém obchodního cestujícího a jak jej řeší kvantové technologie?
Problém obchodního cestujícího spočívá v nalezení nejkratší cesty mezi několika body (například městy). U velkého množství bodů je pro klasické počítače výpočet časově náročný. Kvantové algoritmy dokáží hledat optimální řešení mnohem rychleji a efektiv-něji i pro úlohy s vyšší složitostí.
#5 Jsou kvantové počítače už dnes běžně dostupné?
Ne, zatím jsou ve fázi prototypů (tzv. NISQ éra). Vyvíjejí se, ale jejich plná komerční do-stupnost je otázkou příštích let. Firmy jako IBM, Google nebo D-Wave na jejich vývoji intenzivně pracují.
#6 Jak kvantové technologie pomáhají s optimalizací dopravy?
Kvantové výpočty umožňují plánovat dopravu nejen na základě aktuální situace, ale i predikce budoucích stavů, což pomáhá předcházet zácpám a zlepšuje plynulost dopravy – příkladem je projekt Quantum Shuttle od Volkswagenu.
#7 Jaká je situace v Česku?
Česká republika se v oblasti kvantových technologií neztrácí – pracuje na vlastním kvan-tovém počítači (např. v centru IT4Innovations) a spolupracuje s mezinárodními partnery. Česká vědecká pracoviště se aktivně podílejí na výzkumu a vývoji.
