Kína kvantumugrásra tör a számítástechnikában

Kína öles léptekkel halad, hogy felzárkózzon az Egyesült Államokhoz a kvantum-számítástechnikában. Az ígéretes, de megfoghatatlan technológiától azt remélik, hogy egy napon felpörgeti a tudományos kutatást, átalakíthatja az adatéhes iparágakat, a pénzügyektől a gyógyszeriparon át a logisztikáig és a zöld energiáig.

A Google-hoz hasonló keresőmotorjához hasonló kínai internetes úttörő, a Baidu Inc. augusztus végén közölte, hogy megépítette saját kvantumszámítógépét, amely a kvantumfizikát kihasználva sokkal gyorsabban hajt végre számításokat a hagyományos elektronikus számítógépeknél.

A Baidu új számítógépe, a Qian Shi mandarin kínaiul azt jelenti, hogy „mennyország”, „mindennek az eredete”, egy fémlemezekből és vezetékekből álló szerkezet, ami leginkább egy túlméretezett csillárra hasonlít.

A gép ingyenesen elérhető a weben és mobilalkalmazáson keresztül is kutatók, mérnökök, sőt, még hallgatók számára is. Az egyesült államokbeli vállalatok, köztük az IBM és a Google is kínálnak weboldalakat kvantumszámítógépeik eléréséhez.

A tudományos közösség vitatkozik róla, hogy a kvantumszámítógépek végül majd a laboratóriumból a széles körű kereskedelmi felhasználásba kerülnek-e. Azt azonban matematikai bizonyítékok igazolják, hogy másodpercek alatt képesek megoldani olyan problémákat, amelyek még a leggyorsabb szuperszámítógépeknek is több ezer vagy millió évig tartanának.

A kvantumszámítógépek rendkívüli sebessége az úgynevezett kvantumbitek vagy qubitek használatából adódik, a hagyományos számítógépekben alkalmazott digitális nullák és egyesek helyett.

A biteknek csak egyetlen értéke lehet. De a qubitek – amelyek szubatomi és atomi részecskékre vannak kódolva, beleértve az elektronokat, fotonokat és ionokat – létezhetnek nullaként és egyesként is. Ez a szuperpozíciónak nevezett jelenség rendkívül hatékonnyá teszi a qubiteket bizonyos számítások kezelésében, például a fizikai világ szimulálásához vagy az üzleti folyamatok optimalizálásához szükséges számításokban – magyarázza a The Wall Street Yournal.

Már csak azért is különlegesek, mert képesek belépni a kvantumösszefonódásba, ami azt jelenti, hogy két, távol lévő részecske úgy tükrözi egymás viselkedését, mintha összekapcsolódnának. Nemrég három fizikus kapott fizikai Nobel-díjat, akik megerősítették a jelenség létezését.

Ezen tulajdonságok szabályozása nagy kihívás. A qubitek megfelelő állapotba programozásához olyan beállításra van szükség, amely lehetővé teszi a velük való interakciót. De az, hogy megfelelő állapotokban tartsák őket a számítások elvégzéséhez, éppen az ellenkezőjét követeli meg: teljesen el kell különíteni őket más részecskéktől, amelyek miatt a qubitek elveszíthetik kódolt információikat.

– mondja Steven Girvin, a Yale Egyetem fizikaprofesszora.

Ha a kutatók sikerrel járnak, a kvantumszámítógépek lehetővé tehetik az akkumulátorgyártóknak, hogy bonyolult kémiai reakciókat jósoljanak meg nagyobb teljesítményű eszközök tervezésekor. Hasonlóképpen, felgyorsíthatják az új gyógyszerek kifejlesztését azáltal, hogy segítik a gyógyszergyártókat szimulálni a fehérje-hajtogatást, azt a bonyolult folyamatot, amellyel ezek a nagy biológiai molekulák felveszik alakjukat.

A kvantumszámítógépek arra is képesek lehetnek, hogy legyőzzék a szabványos titkosítási formákat, amelyeket a kommunikáció biztonságossá tételére használnak világszerte – ami komoly aggodalomra ad okot a pénzintézetek, valamint a hírszerzési és katonai titkok megőrzésére törekvő kormányok számára.

A kvantumfizikusok szerint ez az aggasztó lehetőség – és a lemaradástól való félelem – váltotta ki a hatalmas kormányzati érdeklődéseket és a technológiai befektetéseket világszerte.

Az Egyesült Államok, Németország, Franciaország, India és Kína azon országok közé tartoznak, amelyek mindegyike több mint egymilliárd dollárnyi állami finanszírozást áldoz a kvantumtechnológiák kutatására.

Az Egyesült Államokkal összehasonlítva Kína későn érkezett a kvantum-számítástechnikába. Először a kvantumkommunikációnak nevezett kapcsolódó terület uralására törekedett, amelynek célja egy olyan titkosítási módszer kifejlesztése, amelyet szinte lehetetlen feltörni.

A Rand Corp elemzése szerint az Egyesült Államok továbbra is vezet ezen a területen, s Washington igyekszik lassítani Kína növekedését. Tavaly az Egyesült Államok Kereskedelmi Minisztériuma megtiltotta a csúcstechnológiás berendezések exportját nyolc kínai vállalatnak és laboratóriumnak, amelyekről azt gyanítják, hogy támogatják Kína kvantumalapú katonai alkalmazások fejlesztésére irányuló erőfeszítéseit. A fejlett szilíciumchipek gyártására szolgáló berendezések szélesebb körű exportellenőrzése hatással volt a kvantumszámítógépek fejlesztésére is, mert azok néha ugyanazon gyártási technológián alapuló szilíciumchipeket használnak.

Eközben a kínai diákok egyre nehezebben szerezhetnek vízumot az Egyesült Államokban végzett kvantumkutatáshoz. „Köztudomásúvá vált, hogy amikor kínai diákok vagy posztdoktorik érkeznek az Egyesült Államokba, jobb, ha elhallgatják, hogy kvantumszámítással foglalkoznak.” – mondja Scott Aaronson, az austini Texasi Egyetem Kvantuminformációs Központjának igazgatója.

Pedig a kvantumkutatással foglalkozó publikációk fele nemzetközi együttműködések eredménye, és az amerikai tudósok több kvantumdokumentumot írnak együtt kínai tudósokkal, mint bármely más ország – állapította meg a Rand Corp. elemzése.

Nagyon sok kutatást kell még elvégezni, hogy a kvantumszámítógépek elérjék teljes potenciáljukat. A kutatók becslése szerint egy olyan kvantumszámítógép megépítéséhez, amely elég erős ahhoz, hogy legyőzze a meglévő adattitkosítási protokollokat, több millió qubitre lenne szükség – ez a mérföldkő, amely szerintük valószínűleg egy évtizedre vagy még nagyobb távolságra van. Az IBM, az iparág vezető vállalata egy 127 qubites kvantumszámítógépet hozott létre, a Baidu szerint a Qian Shi 10 qubittel rendelkezik, és a vállalat jövőre egy 36 qubites számítógép kiadását tervezi.