Még mindig kérdéses, hogy a kvantumszámítógép hol fogja a legjelentősebb hatást gyakorolni. | 24.hu

A tech-optimista közvélemény már a mesterséges intelligencia utáni, következő nagy dobást keresi, és a kvantumszámítógépben véli megtalálni - de egyelőre még nagyon sok a kérdőjel a technológiával kapcsolatban. Kevesen értik, hogyan működik pontosan az anyag atomi szintű viselkedését kihasználó kvantumszámítógép, de mindannyiunk számára hatékonyabb, biztonságosabb és egészségesebb jövőt hozhat. Jelenleg az adatok titkosítása és a bonyolult kémiai reakciók modellezése az a két konkrét terület, ahol először éreztetheti a hatását, azonban fontos lenne több olyan felhasználási területet találni, ahol előtérbe kerülhet a kvantumszámítógépek jelentette hatékony problémamegoldás.

Tavaly decemberben debütált a Google legújabb innovációja, a Willow névre keresztelt kvantumchip, amely a kvantumszámítógépek fejlődésében jelentős lépésnek számíthat. Legalábbis a legtöbb hazai hírforrás így értékelte a tech óriás bejelentését. Azonban ez a feltételezés nem mentes a kétségektől, hiszen egyelőre nem világos, hogy pontosan mikor és milyen specifikus problémák megoldásában tudnak valódi áttörést elérni a kvantumszámítógépek.

A mostani esemény egy jelentős előrelépést jelent a kvantumos hibajavítás világában, ugyanakkor fontos megérteni, hogy ez nem egy teljesen új paradigma. A Google tavalyi eredményei természetes módon illeszkednek a korábbi kutatási tendenciákhoz.

- mondta lapunknak Asbóth János, a Budapesti Műszaki Egyetem (BME) Elméleti Fizika Tanszékének docense és a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársa.

De mi is pontosan a kvantumszámítógép? Ha egy kicsit praktikusabban közelítünk a témához, érdemes a hagyományos digitális számítógépek világából kiindulnunk. Ezeknél az információ alapvető egysége a bit, amelyet integrált áramkörök segítségével hoznak létre, és amelynek értéke kizárólag 0 vagy 1 lehet. Minden, amit a számítógép végrehajt, valójában ezekkel a bitekkel történik: műveleteket végzünk, információt kódolunk és dekódolunk. A kvantumszámítógépek ezzel szemben egy teljesen új paradigmát képviselnek, ahol a hagyományos bitek helyett qubitekkel dolgoznak, amelyek képesek a 0 és 1 állapotok szuperpozíciójára, ezáltal párhuzamosan több számítást végezhetnek, ami forradalmasíthatja a számítási teljesítményt.

Ezzel szemben a kvantumszámítógépek alapegysége a kvantumbit (vagy qubit), mely egyszerre több állapotot is felvehet a kvantummechanikai szuperpozíció elvének megfelelően. A qubitek létrehozására és számolásra való felhasználására jelenleg több fizikai megvalósítás is verseng egymással. Egy qubit értéke lehet 0, 1 vagy egyszerre mindkettő, mely azonos időben párhuzamos műveletek végzését teszi lehetővé, így növelve a számítási kapacitást - bizonyos algoritmusok esetében. Utóbbi kitétel azért fontos, mert a legtöbb feladatot a hagyományos számítógépek sokkal jobban, gyorsabban oldják meg, ezért nem is érdemes a kvantumszámítógépeket egy az egyben a mai digitális számítógépekhez hasonlítanunk.

Különböző problémák esetén kiválóan teljesítenek: például a napjainkban elterjedt nyílt kulcsú titkosítások megszegésében vagy egyes kémiai reakciók szimulációjában.

- fejtette ki lapunknak a fizikus. Nem a hagyományos számítógépek evolúciójának újabb lépcsőfokáról van tehát szó, így a kvantumszámítógépektől nem várható, hogy megtörik a Moore-törvény lassulását - tette hozzá. A Moore-törvény egy Gordon Moore - az Intel társalapítója - által 1965-ben tett megfigyelés, mely szerint a mikrochipeken található tranzisztorok száma kétévenként megduplázódik. Ez az ipari trend felelős az elmúlt évtizedekben a számítástechnikai teljesítmény gyorsuló ütemű növekedéséért, ám az utóbbi években lassuló tendenciát mutat. Ennek oka, hogy a mikrochipeken található alkatrészek méretei az atomok méretének nagyságrendjét közelítik, mely fizikailag limitálja a további teljesítménynövelést.

A kvantumszámítógép koncepciója Richard Feynman, a Nobel-díjas amerikai elméleti fizikus nevéhez fűződik, aki 1981-ben vetette fel azt az innovatív gondolatot, hogy egy ilyen új típusú számítógép képes lenne kvantumrendszerek szimulációjára. E kezdeti javaslat azonban nem váltotta ki azonnal a szélesebb közönség érdeklődését; erre egészen 1994-ig kellett várni. Ekkor Peter Shor amerikai informatikus felfedezése révén világossá vált, hogy a kvantumszámítógépek forradalmasíthatják a nagy számok prímtényezőkre bontásának folyamatát. Ez a látszólagos matematikai finomság valójában hatalmas gyakorlati jelentőséggel bír: napjainkban ezen elvek alapján működnek a digitális világ titkosításai, kezdve a HTTPS protokolltól, folytatva az online tranzakciókon és digitális aláírásokon, egészen a kriptovalutákig. A kvantumszámítógépek tehát képesek lennének feltörni ezeket a titkosításokat, ami érthető okokból is felerősítette a figyelmet e technológia iránt a digitális korszak kezdetén.

Egy másik izgalmas alkalmazási terület a korábban említett komplex kémiai reakciók modellezése. A gyógyszerfejlesztésen túl, ide tartozik például a természetben előforduló FeMoco-reakció, amely a nitrogén növények általi hasznosításában játszik kulcsszerepet. Jelenleg azonban még nem sikerült ezt az eljárást ipari szinten reprodukálni. Ha ez valaha megvalósulna, jelentős mértékben növelhetné a műtrágyagyártás hatékonyságát - emelte ki Asbóth János.

A fenti hír kapcsán valójában két kiemelkedő eredményről érdemes szót ejteni: az egyik a kvantumos hibajavítás terén elért előrelépéseket jelenti, míg a másik a kvantumfölény kérdéskörével kapcsolatos.