A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Wigner Fizikai Kutatóközpont vezetésével megalakult a Nemzeti Kvantumtechnológiai Program. A konzorciumban részt vevő egyetemek, kutatóintézetek és cégek a természet talán legabsztraktabb jelenségcsoportját, a kvantummechanikát igyekeznek az ember szolgálatába állítani. E kutatásnak csak egyik ága a kvantumszámítógép kifejlesztése, de a többi célkitűzés – ha lehet – halandó ésszel még inkább felfoghatatlan. Persze, valljuk be, a laikus még a klasszikus számítógép működését sem érti.

Justin Trudeau kanadai miniszterelnök akkor vált végérvényesen a (külföldi) geekek rocksztárokat megszégyenítő népszerűségű hősévé, amikor egy kvantum-számítástechnikai kutatóközpontba látogatott. A sajtótájékoztatón az egyik riporter meglehetősen lekezelő módon a kérdése előtt megjegyezte, hogy eredetileg a kvantumkomputer működéséről akart kérdezni, aztán – gúnyos nevetés kíséretében – inkább kérdezett valami egyszerűbbet. Trudeau azonnal felismerte a szituációban rejlő lehetőséget arra, hogy felrobbantsa az internetet, és a „politikusi” kérdés helyett a kvantumszámítógépről kezdett beszélni, és elmondta azt a bővített mondatot, amit a tájékozott, de laikus emberek vissza tudnak idézni. Azt, hogy míg a klasszikus biteknek két állapotuk van (vagy halad áram az adott kapcsolón, ekkor 1 a bit állapota, vagy nem, ekkor 0), addig a kvantumbitek (amelyeket qubitnek szokás rövidíteni) a szuperpozíció jelenségének köszönhetően rettentően sok állapotban létezhetnek, amely – legalábbis elméletben – soha nem látott mértékben megnöveli a számítási kapacitásukat.

A kvantumszámítógép státusza a szép reményű, ámbár mindeddig a várakozásokhoz képest elszomorító lassúsággal fejlődő technológiák között a hideg fúzióhoz hasonlítható. Mindenki tudja, hogy ha egyszer megvalósul, a feje tetejére áll a világ. Például azért, mert a ma feltörhetetlennek tűnő titkosítási technológiák, amelyek azért számítanak biztonságosnak, mert a mai számítógépeknek évezredekre lenne szükségük megfejtésükhöz, a kvantumszámítógépekkel egy szempillantás alatt visszafejthetők lesznek.

De ez csak a jövő zenéje, ahogy az volt tíz vagy húsz évvel ezelőtt is. Bár a tudományterület kutatói (ki tudja, hogy őszintén vagy csak anyagi támogatásuk felturbózása érdekében) kvantumforradalomról beszélnek, időnként már olyan véleményeket is hallani, hogy a kvantumszámítógép nem is biztos, hogy alkalmas lesz olyan feladatok elvégzésére, amelyet az emberek nagy többsége jelenleg a számítógépek fő funkciójának tart. Az mindenesetre nyilvánvaló, hogy van még mit kutatni a kvantumtudomány terén, pláne, ha ezen ismereteket nemcsak az alapkutatás szintjén, de az alkalmazott tudományok között is hasznosítani szeretnénk.

A Nemzeti Kvantumtechnológiai Program MTA székházában tartott bemutatóján az is elhangzott, hogy ez nem kizárólag a jövő és a tudományos fantasztikum világába tartozik, hiszen itt-ott a világban (főként természetesen az Egyesült Államokban és Kínában) már léteznek olyan eszközök, amelyek működésük során a kvantumos jelenségeket hasznosítják. Kérdés, hogy ezen a területen milyen esélyekkel indul Magyarország. A Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal a kutatások finanszírozására 3,5 milliárd forintot biztosít.

Domokos Péter, a Wigner kutatóközpont Szilárdtestfizikai és Optikai Intézetének igazgatóhelyettese, a konzorcium vezetője nem rejtette véka alá, hogy a kvantummechanika elméleteit nem egyszerű köznapi gondolkodással felfogni.

– A kvantummechanika a 20. században az emberiség csúcsteljesítménye volt. A világmindenség olyan szeletét sikerült leírni és később igazolni, amelyekhez nincs közvetlen hozzáférésünk – mondta Domokos Péter. – Ráadásul ezek a törvények ellentmondanak a józan észnek. És minden kvantummechanikai furcsaság, paradoxon gyökere a szuperpozíció.

Itt veszik el az egyszeri érdeklődő, aki a makrovilág génjeinkben is lenyomatot hagyó mechanikai törvényei alapján próbálja felfogni a kvantumos léptékben működő jelenségeket. Mégis ki kell térnünk röviden a szuperpozíció jelenségére, hiszen ezen alapszik minden. A szuperpozíció nem jelent mást, mint hogy ha egy részecske (például egy elektron) egyszerre két helyen is tartózkodhat az atommag körül, akkor egy időben lehet mind a két helyen is.

Ha ezt az elvet a látható dolgok világában próbáljuk értelmezni, hamar ellentmondásokba ütközünk, így talán jobban tesszük, ha meg sem próbáljuk. De a kvantummechanika agyzsibbasztó jelenségei ezzel csak elkezdődtek. Amint Domokos Péter Természet Világában megjelent cikkében leírja, a jövőbeli kvantumtechnológia szempontjából különösen izgalmas furcsaság, hogy ha legalább két részecskét vizsgálunk egyszerre, akkor ezek úgymond összefonódott állapotba kerülhetnek („kvantumkorreláció” alakul ki közöttük), ami azt jelenti, hogy még akkor is hat az egyik állapota a másikra, hogy ha eltávolítjuk őket egymástól.

Ne gondoljuk azt, hogy a kvantummechanikai tudás eddig még semmilyen ipari rendszerben nem hasznosult. Ott van a teljes nukleáris ipar (annak békés célú és hadi felhasználása egyaránt), a cédé, a lézer, az atomóra, a földmérő- és orvosi eszközök, az MRI és a klasszikus számítástechnika, amelyekben mind többé-kevésbé olyan fizikai törvényszerűségeket hasznosítunk, amelyek kvantummechanika nélkül értelmezhetetlenek lennének. De persze ezeket ma kevesen hívják kvantumtechnológiának. Amit pedig jogosan annak nevezhetnénk, az még igencsak gyermekcipőben jár.

– A kvantummechanika és ipari alkalmazása terén az utóbbi évtizedekben olyan robbanásszerű fejlődésen ment át, amit jogosan hívhatunk kvantumforradalomnak – érvel Domokos Péter. – Már nemcsak megfigyeljük a kvantumos jelenségeket, hanem aktívan befolyásolhatjuk is azokat.

Erre a gyorsvonatra szándékoznak felszállni a HunQuTech-nek nevezett kutatási konzorcium tagja: a vezető MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, az MTA Energiakutató Központ, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, az Eötvös Loránd Tudományegyetem, illetve magáncégek. A bemutatón elhangzott, hogy koránt sincs arról szó, hogy a magyar szakemberek most terveznek belekezdeni a kvantumtechnológia elsajátításába, hiszen a résztvevő kutatóhelyen már mostanra is nagy hagyományai vannak ennek. A konzorcium kutatásai négy alterületre koncentrálnak majd, amelyeknek csupán egyike a leginkább hype-olt kvantumszámítógép fejlesztése. Emellett kutatni fogják a molekuláris jelenségek kvantumos szimulációinak lehetőségeit, a kvantumérzékelőket, és a kvantuminformáció-továbbítást is.

Utóbbi azt jelenti, hogy az információt a mai internethez hasonlatos számítógépes hálózatokon keresztül fogják továbbítani (innen nem meglepő módon kvantuminternetnek hívják az infrastruktúrát), de mindezt kvantummechanikai elvek mentén fogják titkosítani. Ez nemcsak, hogy jelen tudásunk szerint feltörhetetlen (bár ezt már sokszor hallottuk), de az összefonódási jelenség és a kvantumkorreláció miatt az üzenet jogos küldője és fogadója azonnal tudni fogja, ha illetéktelenek lehallgatják az üzenetváltást. Ilyenkor ugyanis a megfigyelő önkéntelenül is változást idéz elő a rendszerben, amelyet azonnal érzékelni lehet.

Persze, hiába próbálják a kutatók a laikusok figyelmét a kvantumtechnológia egyéb felhasználási területeire is irányítani (például olyan kifejezések bedobásával, mint a kvantumgyémánt), mégis legtöbben a kvantumszámítógép iránt érdeklődnek. Ma még csak néhány (kettő-öt) kvantumbittel dolgozó processzorok léteznek, amelyek így első hallásra meglehetősen gagyinak hangzanak. De ez csak a látszat, hiszen a szuperpozíció miatt egy kvantumbit rengeteg állapotot felvehet, így kapacitását nem is lehet összehasonlítani a mai számítógépekével. Ha egyszer (a közeljövőben vélhetően) elérjük azt, hogy 17 kvantumbites rendszert üzemeltessünk, akkor annak teljesítménye már meg fogja haladni a legerősebb mai szuperszámítógépek tudását. Ha pedig elérkezik a negyven-ötven qubites kvantumszámítógépek kora, megváltozik minden, amit ma az informatikáról, a számítási kapacitásról és legfőképpen az adatbiztonságról tudni vélünk.

Ez gyökeresen át fogja alakítani teljes életünket, hiszen egy ilyen számítógéppel elvileg (ha tényleg megvalósul egyszer) olyan műveletek lesznek elvégezhetők, amelyet ma még elképzelni sem tudunk. Ezért mondta a HunQuTech-bemutató egyik résztvevője, hogy ha azt halljuk, hogy Kínában negyven-ötven qubites processzorokat építettek, akkor irány a bank, és azonnal vegyük ki a pénzünk, mert a számítógépes bankrendszernek, legalábbis ahogy ma ismerjük, annyi.

De ez még a jövő, viszont abból az a fajta, amiben mindenki végletesen kiszolgáltatott lesz, aki nem száll be idejében a buliba.

2018. február 13.

Reklámok