Student World

V malebné krajině v jižní části Anglie se nachází výzkumné laboratoře firmy Hewlett-Packard (HP) , kde se vymýšlí nové technologie pro digitální budoucnost. Informační technologie nejsou jen katalyzátorem pro dynamický rozvoj lidské společnosti, ale podstatně urychlují i rozvoj základního výzkumu, a to i v takové oblasti jakou je kvantová fyzika.
HP laboratoře v Bristolu (HPLB) jsou největšími laboratořemi vně USA a zaměstnávají na 250 špičkových vědců a výzkumníků. Zaměřením HPLB je širokospektrální základní výzkum, a to nejenom v základních oblastech fyziky a matematiky, jehož výstupy jsou převáděny do aplikací pro informační systémy a technologie (IS/IT). HPLB spolupracují úzce s řadou obchodních partnerů firmy HP, ale především s universitami a akademickou obcí.
HP má vizi budoucnosti, kde technologie je dostupná všem ve světě učení, práce a poznání tak, aby každý měl prospěch z nových informací, a to v pozitivním smyslu.
Se vstupem do 21.století je více než kdykoliv předtím jasné, že prosperující společnost musí zvládnout nejmodernější technologie, zapojit se do elektronického obchodu, zajistit bezpečnou a důvěrnou komunikaci mezi jednotlivými občany, zajistit ochranu osobních dat, zajistit vyřizování požadavků občanů u státní správy, zavést elektronické peníze a v neposlední řadě vytvořit infrastrukturu pro použití elektronického podpisu , jako jednoho se základních kamenů elektronické společnosti. Lidé ve společnosti, která nezajistí tyto zcela zásadní úlohy, nemohou počítat s tím, že se tato zařadí mezi moderní, prosperující společnosti a udrží tempo rozvoje ve všech oblastech své činnosti, které je dáno globalizačními trendy.
Vizí HP je vytvořit takovouto společnost, ve které každý, kdo bude chtít, bude propojen se vším ostatním ve svém okolí a světě, kde triliony užitečných e-služeb jsou přístupné miliardám informačních uživatelů přes všudypřítomnou a vždy funkční informační infrastrukturu.
K dosažení této vize HP investuje obrovské finanční prostředky do výzkumu v následujících oblastech:
– výpočetní a internetové platformy
– e-služby a systémovou integraci s nimi související
– tiskové a zobrazující technologie pro informační systémy
– mobilní informační aplikace a osobní informační služby
– do nových směrů vědeckého výzkumu v oblastech molekulární elektroniky, kvantového počítání, kryptografie, nových médií pro ukládání informace a řady jiných souvisejících s IS/IT.
Ve svém článku se zaměřím na to jak je propojen základní výzkum akademické obce s HPLB, jelikož se domnívám, že by to mohlo být inspirující pro spolupráci vysokých škol a akademie s komerčními firmami také v ČR.
V Bristolu využili tradiční model a umístili HP laboratoř, jejíž výstupy jsou aplikovány v průmyslu popřípadě přímo komerčně využívány, mezi administrativní divize HP a university, aby byl optimálně a pod dohledem zkušených manažerů, expertů na průmyslový rozvoj a ekonomický růst řešen problém inovátorského dilema. Co to je ?
Ukazuje se, že v posledních letech klasické inovační modely jsou nedostačující, jelikož se výrazně zkracuje inovační cyklus od základního výzkumu až k výrobku a objevuje se řada nových poznatků a vlivů inovační cyklus nejen urychlujících, ale i přerušujících (např. nový objev vedoucí k zcela jiným výrobkům, nebo změny na kapitálovém trhu znemožňující další financování výzkumného projektu pro jeho ekonomickou nevýhodnost apod.). Toto inovátorské dilema se neustále vyostřuje a nutí společnosti, aby hledaly řešení a predikovaly směry ve výzkumu, které ovlivní průmyslový rozvoj a ekonomický růst s předstihem. Obstojí ten, kdo přináší nové modely organizace výzkumu ve společnosti, které tuto dynamiku zohledňují. Pro ostatní zaostávající se stává výzkum ekonomicky neefektivním.
Pro optimální řešení inovátorského dilematu vznikl v HP Ústav základního výzkumu v matematických vědách, tzv.BRIMS (Hewlett-Packard`s Basic Research Institute in the Mathematical Sciences), který je vzorovým příkladem, jak průmysl společně s akademickou obcí jsou toto schopny řešit a predikovat směry výzkumu, ovlivňující průmyslový rozvoj i ekonomický růst, naplňovat vizi HP globální informační společnosti rovných mezi rovnými, vytvářet inkubátor nových talentů a myšlenek a ještě být pro společnost ekonomicky ziskoví.
Ekonomický zisk zdůrazňuji úmyslně, protože stejnou roli hraje zisk samotného poznání, intelektuálního růstu společnosti, nové objevy atd., který je rovněž významný. Nicméně na tento se mnozí u nás dívají jako na nějakou luxusní nadstavbu, kdežto ekonomickému zisku v tržní společnosti každý rozumí.
BRIMS lze charakterizovat jako partnerství HP a universit v Cambridgi a Bristolu, které umožňuje vytvářet možnost pro HP být inovátorem v takových oblastech jako jsou kvantové technologie a naopak pro university rozvíjet nový výzkum spojující oblasti matematiky, fyziky a počítačových věd. V BRIMS je rovněž vypracován postup pro výrazné talenty , jak kromě akademického růstu, spojit tento s kariérním růstem u firmy HP.
Příklad aplikace vědeckého výzkumu v oblasti kvantové informace jsme si vybrali jako jeden z mnoha řešených v BRIMS, na kterém se pokusíme čtenáři ukázat jak se výše zmíněné konkrétně realizuje.
Je dobře známo, že inovace tranzistorů a veškerý pokrok v této oblasti byl závislý na rozvoji v oblasti fyziky pevných látek. Během dalších deseti až patnácti let, pokud dynamika pokroku v této oblasti bude zachována, pokračující miniaturizace mikročipů dosáhne měřítek, kdy bude nutno započítávat efekty z kvantového světa.
Nové disciplíny týkající se kvantové teorie informace, se objevily na scéně v posledním desetiletí minulého tisíciletí a již podstatně změnili naše chápání fyziky, počítání a komunikací, ve kterých otevřely možnost absolutně bezpečného přenosu informací pomocí kvantové kryptografie.
Kvantová teorie informace a především kvantové počítání může však, kromě přínosu superrychlých počítačů, řešících složité matematické a fyzikální úlohy doposavad neřešitelné, také představovat principiální ohrožení klasických informačních systémů budovaných na informační infrastruktuře založené na asymetrické kryptografii.
Například digitální podpis využívá určitou matematickou vlastnost tzv. asymetrických šifrových systémů, založenou na složitosti matematických úloh faktorizace, diskrétního logaritmu a eliptických křivek. Soukromým klíčem se v digitálním podpisu nazývá posloupnost (řetězec) znaků, který umožňuje použít šifrování a pomocí hardwaru a softwaru realizovat podpis. Je zde použito asymetrické šifry, která obsahuje dva klíče, jeden klíč je určen pro zašifrování (nazývá se soukromý klíč) a jiný klíč slouží pro odšifrování (veřejný klíč). Přitom platí pravidlo, že ze znalosti veřejného klíče nelze odvodit klíč soukromý.
Zde existuje bezpečnostní riziko na samotné úrovni složitosti matematické úlohy faktorizace, která může být principiálně řešitelná pomocí kvantového počítače.
V kvantovém počítání existuje tzv. Shorův algoritmus, řešící úlohu faktorizovatelnosti a Groverův vyhledávací algoritmus, který kvadraticky urychluje vyhledávání v databázích.
Aplikace Groverova algoritmus by mohla kvadraticky urychlit přístup k potřebné informaci , a tak sehrát klíčovou roli pro urychlení vize HP propojeného světa
e-služeb, jelikož rychlé vyhledání potřebných dat v gigabitech balastu je netriviální vědecký problém.
I když doposud technická realizace kvantového počítače operujícího s velkým počtem kvantových bitů neexistuje, je nutné i toto kvantové bezpečnostní riziko brát v úvahu již nyní a právě proto věnuje BRIMS kvantové teorii informace takovou pozornost, včetně napojení na koordinovaný výzkum kvantové informace v Evropské unii (EU).
Již dnes je odborníkům v EU zřejmé, že např. akreditovaná certifikační autorita archivující dle certifikační politiky kvalifikovaný certifikát, který je potřebný pro použití digitálního podpisu, a to po dobu delší, např dvacet let, může být v tomto časovém horizontu kompromitována, jelikož tehdy již mohou kvantové počítače prakticky existovat.
Aby se předešlo možnému “Černému pátku” pro infrastrukturu založenou na šifrách s veřejným klíčem, který bude znamenat den praktické realizace kvantového počítače (kdy nejenže budou rozbity šifrové systémy stojící na složitosti faktorizace, ale i na složitosti diskrétního logaritmu a eliptických křivek, ale rovněž budou predikovatelné pseudonáhodné generátory, sehrávající podstatnou úlohu pro zabezpečení informací) je nezbytné hledání nových cest, jakými je např. kvantový kryptosystém s veřejným klíčem.
V HP laboratořích je dosaženo již řady konkrétních výsledků a kvantová kryptografie a kvantový generátor náhodných čísel mohou být komerčně realizovány v okamžiku ekonomické výhodnosti a nebo tehdy, kdy klasické systémy již nebudou bezpečné.
Vědci v BRIMS věnují nemalou pozornost zcela novému přenosu informace pomocí tzv. kvantové teleportace, využívající korelovaných kvantových fyzikálních stavů. Tento směr přináší nové možnosti kvantově kryptografických protokolů pro dosažení v limitě absolutní bezpečnosti, ale je zásadní i pro realizaci kvantových počítačů, například pro realizaci kvantových korekčních kódů na chyby vzniklé při aplikaci kvantového algoritmu.
Toto jsou právě příklady predikce nových směrů ve výzkumu, které pozitivně ovlivní průmyslový rozvoj a ekonomický růst společností , které tyto směry zvládnou s předstihem.
Je možné namítnout, že technologický přechod k využití kvantové teorie informace pro široké praktické využití je vědecky daleko náročnější a ekonomicky nákladnější, než tomu bylo u přechodu využití poznatků fyziky pevných látek pro praktické použití polovodičů, tranzistorů a mikročipů. To je bezpochyby pravda, ale ten kdo tuto vlnu rozvoje nepodchytne může zaostat jak známe z historie, a jako pouhý spotřebitel produktů nové technologie v tržním světě v konečné fázi zaplatit mnohonásobně cenu výzkumu i vývoje společnostem, které jej realizovaly.
BRIMS nejenže tuto vlnu podchycuje a nese zdravou míru rizika v predikci úspěšnosti a realizovatelnosti tohoto směru, ale je svými vedlejšími produkty (např. průběžnými získanými poznatky, aplikovanými pro bezpečnost informací, prodejem a pronájmem “mozků” svých vědců apod.) ekonomicky zisková.
Závěrem si dovolím požádat čtenáře a i naši akademickou obcí, aby se zamysleli nad tímto příkladem, popřípadě se jím inspirovali a pokoušeli se podobná partnerství mezi komerčními firmami a akademickou obcí budovat v ČR v daleko větším měřítku, než se děje doposud.

autor RNDr. Jaroslav Hrubý,CSc., Fyzikální ústav AV ČR