Kiemelt kép: Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion
Az atomi szint alatti részecskékkel dolgozó, szokatlan tulajdonságaikat felhasználó kvantumszámítógépek a mesterséges intelligencia mellett a mai számítástudomány talán legígéretesebb, ugyanakkor sok megoldandó problémát, komoly kihívásokat tartogató kutatási területe. A két diszciplína összekapcsolására vannak törekvések, fejlesztettek már mélytanulás-alapú kvantumalgoritmusokat is.
Évtizedek óta folynak a kutatások, fejlesztések, a szakemberek lépésről lépésre haladunk, laborokon kívül, a mindennapokban is folyamatosan működő rendszert viszont még nem alakítottak ki, de egyre közelebb kerülünk hozzá, például a kvantuminformáció megbízható tárolására is nemrég született életképes megoldás. Az időpontra egyelőre nem adható válasz, így jelenleg a jövőkutatásban bevett „nagyjából húsz év múlva” tűnik a legreálisabbnak.
Láthatatlan világok döbbenetes fizikája
A kvantumrészecskék nemcsak két helyen lehetnek egyszerre, hanem ha akár többmillió kilométerre is vannak egymástól, fennállhat közöttük kapcsolat, ugyanúgy viselkednek. A kvantum-szuperpozíció a rendszerek azon állapota, hogy egyidőben két vagy több helyzetben létezhetnek. Ha pedig két, akár egymástól távoli tárgy kvantumállapota nem írható le a részrendszerek állapotával, egyes tulajdonságaik csak együtt értelmezhetők. Ha az egyiken változtatunk, a változtatás a másikra is hatással lesz. Ez a kvantum-összefonódás. Sci-fikben, például a Star Trekben így teleportálható az információ, alkalmasint személyek.
Kvantum-összefonódás (Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
A terület kutatói ezeket a furcsa tulajdonságokat kiaknázva, profitálva belőlük, igyekeznek szimultán több műveletet végrehajtó számítógépet építeni. Egy ilyen gép teljesen másként működik, mint a jelen a problémákat lineárisan megoldó, egyszerre csak egy számítást abszolváló komputerei.
A mai, kísérleti kvantumszámítógépek – például a Google, az IBM és a Microsoft is fejlesztett már, és hatalmas a versengés közöttük – mikrochipjei egyrészt nagyon egyszerűek, „kezdetlegesek”, másrészt a kvantuminformáció nem továbbítható elég gyorsan és pontosan közöttük, márpedig, ha ez nem történik meg, az adat minősége drasztikusan leromlik, hibák történnek.
A világcsúcs
A Sussex Egyetem Winfried Hensinger professzor által vezetett kutatói (valószínűleg) átlépték ezt az akadályt, megnyitva az utat a fejlesztések felgyorsítása előtt. Eredményeiket a Nature Communication tudományos folyóiratban publikálták.
Hensinger bő húsz éve vetette fel először kvantumszámítógép fejlesztését. Környezete lehetetlennek, megvalósíthatatlannak tartotta, de elmondta, hogy pont ez inspirálta. Az elmúlt két évtizedet a korlátok lépésről lépésre történő felszámolásával töltötte, és úgy érzi, most jutottak el arra a pontra, amikor a praktikus kvantumszámítógép realitássá válhat.
Az általuk épített rendszer a majdnem hibátlan 99,999993 százalékos pontossággal és rekordsebességgel vitte át egyik chipről a másikra az információt. Ez a precizitás és gyorsaság már elegendő lehet ténylegesen funkcionáló kvantumszámítógépekhez. Bebizonyították, elvileg chipek összerakhatók erősebb kvantumkomputer létrehozásához.
Kvantuminformáció (Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
A gyakorlati célokra is használható rendszerekig a fontos fejlesztés ellenére rengeteg feladatot kell még megoldani. Michael Cuthbert, a sussexi projektben nem érintett, Oxford megyei Nemzeti Kvantumszámítási Központ igazgatója szerint az óhajtott, jövőbeli kvantumszámítógéphez parányi chipek összekapcsolása a kezdet. A sussexi fejlesztés megmutatta: elérhető a hozzájuk szükséges stabilitás és sebesség. Ezektől a miniatűr szerkezetektől kell eljutni a tányérméretűekig.
„Utána viszont a tányérok összekapcsolására kell kitalálni egy mechanizmust, hogy a gép méretezhető, megfelelő nagyságú, elvileg akár akkora legyen, mint egy focipálya. Reális és hasznos számítások elvégzéséhez ezek a lépések nélkülözhetetlenek, az ilyen léptékben kivitelezhető kommunikációhoz viszont még nem adottak a technikai feltételek, nincs rá technológia” – magyarázza Cuthbert.
A sussexi kutatók mindenesetre felkészültek a kihívásra, de hangsúlyozzák: nemcsak fizikai, hanem mérnöki, számítástudományi és matematikai problémáról is van szó. Ezért sem beszélhetnek felelősségteljesen az időpontról, ugyanakkor optimisták, és bizakodnak, hogy előbb-utóbb a mindennapokban is használhatunk kvantumrendszereket.
Alkalmazási lehetőségek a repülőgépektől a klímakutatásig
Az Egyesült Királyság egyik emblematikus vállalata, a Sussex Egyetemmel együttműködő Rolls-Royce szintén optimista. A felsőoktatási intézménnyel közösen fejlesztenek a mostaniaknál sokkal hatékonyabb sugárhajtóművekhez vezető gépeket. Új repülőgép-hajtóműtervek teszteléséhez jelenleg a levegő áramlását modellező masszív szuperszámítógépeket, e gépek szimulációit használják. Ezek a szimulációk nagyon pontosak, kvantumkomputerrel viszont nemcsak még precízebbek lesznek, hanem gyorsabban is megvalósíthatók. Egy kvantumrendszer mai technikákkal hónapokig, akár évekig végzett, vagy kivitelezhetetlen számításokat is napok, sőt akár másodpercek alatt képes megoldani… Elképzelhetjük, hogy egy ilyen komputer használata mekkora hatással lesz a hajtóművek tervezésére, és magára a légi közlekedésre.
Kvantumszámítógép a légjármű-iparban (Kömlődi Ferenc / Stable Diffusion)
A kvantumtechnológia természetesen más szektorokban, szerteágazó területeken szintén alkalmazható. A legismertebb a már alkalmazott – és kvantumgép nélkül megvalósítható – kvantumtitkosítás, amit az igazi kvantumkomputerek elterjedése után alaposan át kell vizsgálni, új biztonsági megoldásokat kell kitalálni.
A gyógyszeripar is ilyen szektor, ahol a vegyi reakciók gyors és pontos szimulálásával lényegesen jobb gyógyszerek állíthatók elő. A kvantumkomputerek a mai szuperszámítógépek által egyik „legkedveltebb” területen, a klímaváltozás és az időjárás kutatásában szintén felbecsülhetetlen segítséget nyújthatnak. A környezetszennyezés hatásai pontosabban kikövetkeztethetők, megbízhatóbbak lesznek az időjárás-jelentések.
