Kezdetben arra gondoltak, hogy az új elven működő, villámsebes komputerek, a kísérleti kvantumszámítógépek a kódok feltörését segíthetik. Mára azonban kiderült, hogy feltehetően számos igen fontos területen vehetik majd hasznát a kutatók a teljesen más megközelítéssel dolgozó masináknak. Már vizsgálják például, hogyan lehet alkalmazni a technológiát a járműakkuk teljesítményének a növelése vagy az egészségügyi kutatások terén. Ugyanígy jelentősen csökkenthető lenne az anyagkutatás vagy a gyógyszer-, vakcinafejlesztés időigénye – utóbbi jelentőségét egy pandémia esetén nem lehet eléggé hangsúlyozni.
Ezen túlmenően a kvantumtechnológia komoly hatással lehet a mesterséges intelligencia (MI) fejlődésére, ezen belül is a szaknyelven overfitting néven emlegetett jelenségre. Ez akkor fordul elő, ha a program által használt statisztikai modell túlzottan tökéletesen illeszkedik. Ilyenkor a komputer nem tud általánosítani, az ismeretlen adatokat képtelen kezelni; egy kvantumgép viszont megbirkózhat a kihívásokkal.
De miért is? Nézzük, mi az alapja az egész kvantumhókuszpókusznak.
A mai csipek lényegében ugyanúgy működnek, ahogy azt mintegy 80 éve Neumann János lefektette. A processzorok legfontosabb miniatűr alkatrészei a logikai kapuk. Ezek aprócska vízcsapként működnek: elzárják vagy kinyitják az áram folyásának az útját, így elektromos energiával teli, illetve áram nélküli állapotba kapcsolhatók. Egy korszerű központi processzorban mintegy kétmilliárd ilyen kapu van…
A bitek a fentiek szerint nulla (nincs áram) vagy egy (van áram) értéket vehetnek fel. De a dolog a kvantumgépek esetében alapjaiban más. Itt a technológia úgynevezett kvantumbiteken (qubiteken) alapul, amelyek a „nulla vagy egyes” elven működnek ugyan, mégis van egy hatalmas különbség. Amíg ugyanis ki nem olvassuk ezek értékét, addig a 0 és az 1 bármelyikét hordozhatják, lényegében véletlenszerűen. Tehát amíg meg nem mérik őket, addig egyfajta bizonytalan helyzetben, mondhatni kvantumállapotban vannak. A fenti példánál maradva: az apró vízcsapoknak hol az egyik, hol a másik vége mérhető vizesnek, azaz áramot hordozónak.
Ez a technológia azért csak mára érett meg, mert egyre kisebb lett a logikai kapuk mérete, 20 nanométer alatt pedig a csapok már nem zárnak eléggé jól, átfolyik, átszivárog rajtuk az áram.
Ám ez kifejezetten jól jön a csipfejlesztőknek, mert ilyen kis méreteknél működnek igazán megfelelően a kvantumbitek.
No de hogyan jutunk kiolvasott értékhez? Úgy, hogy a kvantumszámítások alkalmával – különleges eljárásokkal – próbaképpen többször is megmérik, azaz kiolvassák a megoldást adó biteket, így többféle módszerrel ellenőrzik, hogy a kvantumcsip logikai kapui helyesen tippelték-e meg az eredményt. De hiába kell többször visszaellenőrizni a kapott adatot, még így is sok-sok nagyságrenddel gyorsabb például a kódfejtés, a biológiai, űrkutatási, meteorológiai szimulációk futtatása, vagy éppen egy hatalmas információtömegben – interneten vagy más adatbázisokban – történő keresés.
Visszakanyarodva a mai helyzethez: a fenti elv jó pár éve ismert, de a parányi méretek miatt megannyi apró tényezőnek kell stimmelnie, hogy működésre bírjanak egy ilyen kvantumprocesszort. Az sem mindegy, hogy a különleges gépek hardverét hol fejleszthetik (mármint Észak-Amerikán kívül), de még kritikusabb a szükséges programok megalkotásában szerzett úttörő tapasztalat. Így hát az Egyesült Államokat minden fejlett nagyhatalom be akarja érni e téren.
Ebben a németek nagyon elöl járnak, s a fiatal tudományág a minap Japánban is szintet lépett.
A Nikkei hírügynökség ugyanis augusztus utolsó napjaiban jelentette, hogy a Tokióhoz közel lévő Kawasaki Üzleti Inkubációs Központban üzembe helyezték a távol-keleti szigetország első kereskedelmi kvantumszámítógépét.
Természetesen az amerikai IBM által gyártott gép idejét sok nagyvállalat mindjárt igyekezett lefoglalni, többek között a Toyota Motor, a Hitachi vagy a Toshiba. Nem csoda, hogy sietnek a nagyok, hiszen a Google két éve, egy egyszerűbb kvantumszámítógéppel mintegy 200 másodperc alatt oldott meg egy olyan problémát, amelyhez hagyományos komputerrel mintegy tízezer év (bő 315 milliárd másodperc) kellett volna… Viszont a keresőóriás mégsem látta meg e masinákban a gyors sikert. Szakértői szerint csak a 2020-as évek végére jut el arra a szintre a technológia, hogy használni is lehet valamire.
A teljes cikk a Figyelő legfrissebb számában olvasható.
(Borítókép: Pixabay)
