Kvantové počítače, umělá inteligence, pokročilé materiály nebo nové možnosti zabezpečení vojenské komunikace. Technologie, které ještě před několika lety představovaly především předmět základního výzkumu, se postupně dostávají do hledáčku ozbrojených sil. Jak daleko je jejich praktické využití a co mohou v budoucnu přinést Armádě České republiky? Nejen o tom jsme na letošním veletrhu Future Forces hovořili s docentem Marcelem Jiřinou z Českého vysokého učení technického v Praze a profesorem Alexandrem Štefkem z Univerzity obrany. Oba jsou představiteli Konsorcia kvantových technologií (QIC), které propojuje české vysoké školy, výzkumné instituce a armádu. Jejich společným cílem je nejen hledání nových technologických řešení, ale také příprava odborníků, kteří budou schopni tyto technologie v budoucnu využívat.

Video: Kvantové technologie mohou zásadně změnit obranu. Armáda a české univerzity se připravují na novou technologickou éru / CZ DEFENCE

Kvantové technologie představují jednu z oblastí, od nichž si odborníci slibují zásadní změny ve způsobu zpracování informací, výpočtů i řešení složitých optimalizačních úloh. Zatímco klasické počítače fungují na principech, které se rozvíjejí již několik desetiletí, kvantové výpočty využívají fyzikálních jevů, jejichž praktické ovládnutí otevírá zcela nové možnosti. Přestože se o kvantových počítačích stále častěji hovoří v souvislosti s bezpečností, obranou či umělou inteligencí, jejich využitelnost zůstává v mnoha oblastech předmětem výzkumu. Podle docenta Marcela Jiřiny, odborného garanta a hlavního řešitele projektu Konsorcia kvantových technologií, jsme stále na začátku dlouhého technologického vývoje. „Tak přece jenom jsme na začátku nějakého procesu. Ty kvantové technologie jsou známy desítky let a ty jevy za nimi také. Ale ta transformace od té myšlenky nebo transformace toho fyzikálního jevu do nějaké podoby, která je uchopitelná a použitelná, je dlouhá,“ uvedl ve studiu CZ DEFENCE. Jedním ze zásadních problémů současných kvantových počítačů zůstává jejich citlivost na šum a chyby při výpočtech. Právě tyto technologické limity zatím brání jejich širšímu nasazení při řešení komplexních úloh. Podle Jiřiny proto nelze očekávat, že kvantové počítače v nejbližší době jednoduše nahradí současné výpočetní systémy. Je však nezbytné jejich možnosti zkoumat, experimentovat s nimi a postupně identifikovat oblasti, v nichž mohou nabídnout skutečnou přidanou hodnotu.

Profesor Alexandr Štefek, prorektor Univerzity obrany pro digitalizaci a informatizaci a člen řídicího výboru QIC, vidí současný vývoj jako součást širší technologické revoluce. Při rozhovoru přirovnal současné možnosti kvantových počítačů k automobilu a otázce, na jaký rychlostní stupeň vlastně lidstvo jede. Podle něj přitom není důležité pouze to, jaké schopnosti dnes máme, ale především kolik dalších možností ještě nedokážeme využít. „Já si myslím, že jedeme, co umíme. A mně se poslední dobou líbí ta skutečnost, a je to podle mě to fascinující, že kvantové technologie existují, že je to vlastně přírodní jev, který příroda zvládá excelentně. A my se teď stavíme do role, kdy pomocí toho poznání vlastně začínáme ty kvantové jevy ovládat,“ vysvětlil Štefek. Právě schopnost ovládat kvantové jevy a využívat je pro konkrétní výpočetní operace představuje podle obou akademiků jeden z nejvýznamnějších technologických posunů současnosti. Otázkou zůstává, jak rychle se podaří překonat současná omezení a dostat kvantové výpočty do běžné praxe. Z pohledu obrany a bezpečnosti patří mezi nejdiskutovanější oblasti využití kvantových technologií kryptografie, zabezpečení komunikace, logistika a optimalizace složitých procesů. Právě schopnost řešit některé výpočetně mimořádně náročné úlohy může v budoucnu znamenat významnou změnu také pro vojenské plánování. „Hledá se kvantová výhoda. To znamená, kde je ta hranice nebo kde jsou ty úlohy, abychom dokázali tou kvantovou technologií překročit tu standardní technologii klasických počítačů, byť superpočítačů,“ vysvětlil Jiřina. Podle něj jsou dnes úlohy, v nichž lze kvantovou výhodu prokazovat, stále poměrně specifické nebo teoretické.

Velkou pozornost odborníků přitahuje především kryptografie. Kvantové počítače by v budoucnu mohly představovat vážnou výzvu pro některé současné šifrovací metody, a tím také pro zabezpečení citlivých informací. Tato problematika přitom zdaleka nesouvisí pouze s armádou. Týká se bankovnictví, státní správy, kritické infrastruktury a dalších oblastí, v nichž je bezpečná komunikace nezbytná. Jiřina v této souvislosti upozornil, že současné zabezpečení je zatím dostatečně odolné vůči známým praktickým možnostem kvantových počítačů. Přesto nelze podceňovat další technologický vývoj. V rozhovoru připustil, že v horizontu několika let může dojít k významnému posunu, který vyvolá potřebu zásadních změn v zabezpečení dat. Vedle kryptografie představuje mimořádně perspektivní oblast také optimalizace. Podle profesora Štefka se přitom nemusí jednat pouze o vojenskou logistiku, ale obecně o úlohy, jejichž složitost výrazně přesahuje možnosti klasických výpočetních metod. „Jedna z věcí, která v kvantovém počítání bude důležitá, je obecná optimalizace nebo algoritmy, které na kvantových počítačích lze počítat. A když použijete klasický přístup, tak ty výsledky prostě nedostanete,“ uvedl Štefek s tím, že podobné možnosti je nutné vždy vztahovat ke konkrétním úlohám, nikoliv je považovat za obecnou vlastnost všech kvantových výpočtů.

Významným krokem k praktickému využití těchto technologií v České republice bylo založení Konsorcia kvantových technologií QIC, které vytváří společnou platformu pro spolupráci univerzit, výzkumných institucí a obranného sektoru. Jeho cílem není pouze samotný výzkum kvantových počítačů, ale především sdílení odborných znalostí, vytváření společných týmů, vzdělávání a hledání konkrétních aplikací. „Cílem je vlastně sjednotit lidi, odborníky, kteří jsou nějakým způsobem zapojeni do kvantových výpočtů, do kvantové teorie. A vlastně vytvořit takovou tu společnou platformu pro výměnu znalostí, zkušeností, ale také samozřejmě konkrétních odborníků, zajímavých témat,“ přiblížil Jiřina. Důležitým partnerem konsorcia je Armáda České republiky, která prostřednictvím spolupráce s akademickou sférou hledá odpovědi na otázky související s budoucími vojenskými schopnostmi. Podle Jiřiny armáda deklaruje témata, na jejichž řešení se následně mohou podílet odborníci z různých institucí. Takový přístup umožňuje propojit skutečné potřeby ozbrojených sil s výzkumným potenciálem českého akademického prostředí. Profesor Štefek v této souvislosti připomněl specifickou úlohu Univerzity obrany, která představuje přirozené spojení mezi civilní akademickou sférou a vojenským prostředím. Jejím úkolem je podle něj mimo jiné pomáhat při vzájemné komunikaci, formulování požadavků a hledání cest, jak vědecké poznatky převést do prakticky využitelných vojenských schopností. Konsorcium již přitom vykazuje konkrétní výsledky. Štefek upozornil například na rozsáhlý analytický materiál připravený na Univerzitě obrany, který obsahuje možné případy využití kvantových technologií a upozorňuje také na rizika spojená s jejich rozvojem. „Má to dneska asi 200 stran, řekněme orientačně, neberte mě úplně za slovo, jakýchsi analýz a právě konkrétních případů užití, které by buď stálo za to rovnou vyzkoušet, anebo hrozí, když to řeknu takhle, že je někdo fakt začne používat,“ přiblížil Štefek. Právě identifikace konkrétních aplikací je nezbytným předpokladem dalšího pokroku. Podle Štefka není nutné čekat na okamžik, kdy budou kvantové počítače technologicky dokonalé. Smysl má začít s experimenty již nyní, byť půjde o menší úlohy, které lze zatím řešit také klasickými metodami. Získané zkušenosti totiž umožní připravit odborníky i potřebné postupy pro budoucí praktické nasazení.

Význam spolupráce mezi armádou a vysokými školami přitom podle obou odborníků daleko přesahuje samotné kvantové technologie. Současná bezpečnostní situace vytváří tlak na rychlejší zavádění nových technologií a zároveň ukazuje, že obranné schopnosti státu nelze budovat pouze nákupem moderních zbraňových systémů. „Já to vnímám velmi pozitivně, ale je to samozřejmě něco trošičku nového, protože ta komunikace mezi ozbrojenými složkami státu a civilním sektorem byla dost omezená historicky,“ uvedl Jiřina. Současná geopolitická situace podle něj oba světy nutí ke spolupráci, která může přinášet výsledky nejen ve vojenském, ale také v civilním prostředí. Mnohé z rozvíjených technologií totiž mají charakter dvojího užití. Optimalizační algoritmy mohou nalézt uplatnění ve vojenské logistice stejně jako v civilní dopravě, výzkum nových materiálů může podpořit obranný průmysl i další průmyslová odvětví a pokročilé výpočetní metody mohou pomáhat také v medicíně nebo při zpracování rozsáhlých dat.

Za jeden z nejdůležitějších výsledků společného úsilí ovšem docent Jiřina považuje vzdělávání lidí. Moderní technologie podle něj samy o sobě nepřinesou požadované schopnosti, pokud jejich uživatelé nebudou rozumět jejich možnostem a omezením. „Pokud koupíte věc a někomu ji dáte, koupíte kvantový počítač, dáte armádě a nebude tam žádný odborník, tak on tu krabici dokáže maximálně otevřít, ale už nedokáže s kvantovým počítačem zacházet, nebude znát jeho možnosti a nebude vědět, na co je to dobré,“ upozornil docent Jiřina. Podle něj proto musí vznikat generace odborníků, kteří budou schopni kvantové technologie nejen obsluhovat, ale především chápat jejich potenciál a hledat vhodné oblasti využití. Právě vzdělávání, sdílení znalostí a postupné budování odborné komunity představují jednu z hlavních priorit konsorcia. Profesor Štefek pak upozornil, že otázka odborných kapacit nesouvisí pouze s počtem specialistů přímo v armádě. V případě obrany České republiky je podle něj nezbytné uvažovat o širším zapojení společnosti, akademického prostředí i civilních odborníků. „Já bych byl rád, kdyby skutečně bylo vnímáno tak, že kdyby, nedej bože, jsme se bavili o obraně České republiky, tak to není o tom, že jenom armáda, celá Česká republika bude muset nějakým způsobem do toho vstoupit,“ zdůraznil Štefek.

Jako příklad uvedl také akademické pracovníky a civilní specialisty, kteří podporují ozbrojené síly například prostřednictvím aktivní zálohy. Podle něj není rozhodující, zda má odborník na sobě vojenskou uniformu, ale zda jeho znalosti a schopnosti mohou být využity při zajišťování obrany státu. S tím souhlasí také docent Jiřina. Armáda podle něj disponuje řadou kvalifikovaných odborníků, ale rozšiřování této komunity prostřednictvím spolupráce s civilními institucemi představuje důležitou příležitost. Právě odborníci působící mimo vojenské struktury mohou být v budoucnu významnou součástí širšího technologického a znalostního zázemí ozbrojených sil.

Zajímavou část rozhovoru přinesla také diskuse o samotném veletrhu Future Forces. Oba akademici ocenili možnost seznámit se s technologiemi prezentovanými obranným průmyslem a hledat nové oblasti společného výzkumu. Profesor Štefek přitom upozornil na oblast, která na první pohled nemusí s kvantovými technologiemi souviset – materiálové inženýrství. Výzkum nových materiálů, jejich vlastností a možností využití totiž může významně ovlivnit také vývoj moderních zbraňových systémů. Jako příklad uvedl speciální povrchové úpravy hlavní zbraní, jejichž zlepšení může prodloužit životnost a zvýšit odolnost při intenzivním používání. Právě při vývoji podobných materiálů se podle Štefka mohou v budoucnu výrazně prosazovat pokročilé výpočetní metody, umělá inteligence a kvantové technologie. Jejich kombinace může umožnit efektivnější hledání nových materiálových vlastností a urychlit výzkum, jehož výsledky budou mít přímý dopad na schopnosti ozbrojených sil. Jiřina následně doplnil, že materiálové inženýrství patří mezi pět tematických oblastí definovaných armádou pro spolupráci v rámci konsorcia. Navíc jde o oblast, která má mezi připravovanými projekty významné zastoupení. „Z hlediska projektů, které jsou podávány v rámci toho konsorcia, právě materiálové inženýrství dominuje. Je tam řada projektů, kde je právě materiálové inženýrství,“ uvedl docent Jiřina. Podle něj právě zde mohou kvantové počítače v budoucnu významně pomoci, mimo jiné při řešení optimalizačních problémů.

Rozhovor s oběma představiteli QIC ukázal, že význam kvantových technologií pro obranu nespočívá pouze v jejich budoucím výpočetním výkonu. Stejně důležitá je schopnost identifikovat konkrétní vojenské potřeby, připravovat odborníky a propojovat civilní výzkum s praxí ozbrojených sil. Kvantové počítače zatím nepředstavují univerzální nástroj, který by dokázal vyřešit všechny technologické problémy současných armád. Vývoj však postupuje a státy, které chtějí nové schopnosti v budoucnu využívat, se na jejich příchod musí připravovat již dnes. V případě České republiky může být právě spolupráce ČVUT, Univerzity obrany a dalších výzkumných institucí v rámci QIC důležitým předpokladem tohoto procesu.