Zoe Kleinman, BBC Technology szerkesztője
A technológiai újságírók között régóta él egy mondás: vagy pontosan magyarázod el a kvantummechanikát, vagy úgy, hogy az emberek megértsék – de egyszerre egyik sem megy. Ez nem véletlen, hiszen a kvantummechanika egy különös és részben elméleti fizikai ág, amelynek megértése rendkívül bonyolult.
A kvantumvilág rejtelmei és jelentősége
A kvantummechanika apró részecskék furcsa viselkedését írja le, amelyek egészen szokatlan módon lépnek kölcsönhatásba egymással és környezetükkel. Ez az eltérő működés új tudományos lehetőségek kapuját nyitotta meg, amelyek akár forradalmasíthatják a technológiát.
Ennek ellenére a kvantumszámítástechnika még mindig kevésbé ismert és kevésbé reflektorfényben áll, mint a jelenlegi technológiai sztár, a mesterséges intelligencia (AI). Pedig az olyan techóriások, mint a Microsoft vagy a Google folyamatosan jelentkeznek jelentős kvantumfejlesztésekkel.
Kvantum vs. AI: hardver és szoftver
Általánosságban elmondható, hogy a kvantumtechnológia inkább hardvereszközök – például szenzorok és számítógépek – formájában jelenik meg, míg az AI elsősorban szoftver alapú, amely természetesen hardveren fut. Ha ezeket egyesítjük, elképzelhető egy olyan új technológia létrejötte, amely minden eddiginél erősebb lehet.
Brian Hopkins, a Forrester kutatócég feltörekvő technológiákért felelős alelnöke azonban óvatosan fogalmaz: „A potenciál megvan, de még nincs végleges ítélet. Az első kísérletek ígéretesek, de sokkal erősebb kvantumszámítógépekre és további innovatív kutatásokra van szükség ahhoz, hogy hatékonyan alkalmazzuk a kvantumhatásokat az AI-ban.”
Pénzügyi érték és piaci helyzet
A kvantumipar értéke 2025-re akár 97 milliárd dollárra is nőhet a McKinsey piackutató csoport szerint. Ezzel szemben az AI értékét trilliókra becsülik. Mindkét terület azonban ki van téve a túlzott várakozásoknak és piaci buborékok kialakulásának.
Hopkins tréfásan megjegyzi: „Korábban azt hittem, hogy a kvantumszámítás a legfelkapottabb technológia – aztán jött az AI-láz.” Október közepén elemzők figyelmeztettek arra, hogy bizonyos kulcsfontosságú kvantumrészvények akár 62%-ot is eshetnek árfolyamukban, miközben az AI-buborék veszélye egyre hangosabbá válik.
A hibák és kihívások közös pontjai
Mindkét technológiát hibák kísérik. Míg az AI esetében ismertek az úgynevezett „hallucinációk” – amikor generatív modellek téves információkat állítanak elő –, addig a kvantumszámítógépeket más típusú hibák sújtják. Ezek abból adódnak, hogy a részecskék működési állapota rendkívül törékeny: már egy apró környezeti változás – fény vagy zaj – is megzavarhatja őket.
Az ilyen környezet fenntartása nagyon nehéz feladat. Elon Musk például nemrégiben azt javasolta X platformján (korábbi Twitter), hogy a kvantumszámítás legideálisabb helyszíne „a Hold örökké árnyékos kráterei” lennének.
Kvantumszámítógépek: formák és működés
A kvantumszámítógépek nem hasonlítanak hagyományos gépekre. Nincs egységes dizájnjuk, de jelenleg nagyon nagy méretűek és laboratóriumi körülmények között működnek. A leggyakoribb forma egy medúza alakú szerkezethez hasonlít.
- Extrém alacsony hőmérsékletet igényelnek
- Lézereket használnak működésükhöz
- Nem alkalmasak otthoni vagy hordozható használatra
Egyes kutatók azonban már szintetikus gyémántokat alkalmaznak qubitek előállítására, amelyek lehetővé teszik a működést közelebb a szobahőmérséklethez. A luxusékszerész De Beers egyik leányvállalata, az Element Six 2020-ban bejelentette az első általános célú kvantumos minőségű gyémántot. Az Amazon Web Services-szel együttműködve pedig mesterséges gyémántokat fejlesztenek jövőbeli kvantumhálózatokhoz.
A jelenlegi helyzet és jövőbeli kilátások
Világszerte körülbelül 200 kvantumszámítógép létezik (Kína pontos számát nem hozták nyilvánosságra). Ezek még kezdeti stádiumban vannak, de szakértők már most merész jóslatokat tesznek potenciáljukról.
„Fogyasztóként szinte minden életünk területén érezni fogjuk majd a kvantumszámítás hatását” – mondta Rajeeb Hazra, a Quantinuum vezérigazgatója.
Hazra szerint ez a terület legalább olyan nagy jelentőségű lehet, mint az AI. Sir Peter Knight professzor pedig így fogalmazott: „Olyan számítások is elvégezhetők lesznek másodpercek alatt, amelyekhez jelenleg még a világegyetem koránál is hosszabb idő kellene.”
Kvantumszámítás az egészségügyben és más alkalmazási területeken
Az egyik legígéretesebb alkalmazási terület az egészségügy. A kvantumszámítógépek képesek lesznek pillanatok alatt átvizsgálni molekulák végtelen kombinációját új gyógyszerek kifejlesztéséhez – egy folyamatot, amely ma évekig tart hagyományos számítógépekkel.
Példaként említhető Google 2024 decemberében bemutatott Willow nevű kvantumchipje, amely öt perc alatt old meg olyan problémát, amelyhez jelenleg a leggyorsabb szuperszámítógépnek 10 szextillió évre lenne szüksége (ez 10 000 000 000 000 000 000 000 000 év!).
Hazra szerint ez lehetővé teheti személyre szabott gyógyszerek fejlesztését is: nem általános receptet kapunk majd, hanem testünkhöz igazított készítményt.
Ezen túlmenően új vegyi folyamatok is kialakulhatnak – például hatékonyabb műtrágya-előállítás –, ami óriási segítséget jelenthet világszerte a mezőgazdaság számára.
Kvantumszenzorok és navigációs rendszerek
A kvantumszenzorok már ma is léteznek: ilyenek például az atomórák. A Nottingham Egyetem kutatói 2019-ben egy kerékpáros sisak méretű prototípust fejlesztettek ki ezekből az eszközökből agyi vizsgálatokhoz epilepsziás gyermekeken.
„Az emberi kogníció alapjai már korai életkorban lefektetődnek, de eddig korlátozottak voltak azok az eszközök, amelyekkel ezt vizsgálni lehetett” – mondta Ryan Hill kutató.
A hagyományos agyi képalkotó berendezések nagy mérete miatt ugyanis nehézkes volt mozgás közben pontos méréseket végezni – különösen gyermekeken.
2019-ben Londonban az Imperial College kutatói alternatív GPS-navigációt teszteltek „kvantum iránytű” néven az alagútrendszerben. Mivel GPS jel nem jut le föld alá, ez az új rendszer pontosabb helymeghatározást tesz lehetővé bárhol – föld felett vagy alatt –, ráadásul ellenállóbb lesz az időjárási zavarokkal vagy zavarásokkal szemben.
Kvantumtechnológia energetikában és repülésben
A brit National Grid befektetett kvantumkutatásba annak érdekében, hogy optimalizálja az energiaforrások kihasználását valós időben – így elkerülhetővé válhatnak áramkimaradások („load shedding”). Az Airbus pedig együttműködik IonQ nevű brit kvantumcéggel olyan algoritmusok fejlesztésén, amelyek hatékonyabban pakolják be a rakományt repülőgépekre. Egy kis súlypont-eltolódás ugyanis akár több ezer kilogrammnyi plusz üzemanyag-felhasználást eredményezhet.
Kvantumbiztonság és titkosítási kihívások
Bár sok ígéretes alkalmazása van a kvantumszámításnak, komoly biztonsági aggályokat is felvet. Jelenlegi titkosítási módszereinket ugyanis egyszer majd feltörhetik ezek az eszközök gyors adatfeldolgozó képességük révén.
„Ez az úgynevezett ‘betakarítás most, dekódolás később’ stratégia” – magyarázza Prof. Alan Woodward kiberbiztonsági szakértő.
A világ országai már most lopják egymástól titkosított adatokat abban bízva, hogy egyszer majd képesek lesznek megfejteni őket egy működőképes kvantumszámítógép segítségével. Ezért sürgetik mindenhol a kvantumbiztos titkosítás bevezetését.
A Q-napnak nevezett esemény – amikor először lesz elérhető ilyen gép – várhatóan körülbelül 2030 körül következhet be. Már most vannak cégek (például Apple vagy Signal), amelyek poszt-kvantumos titkosítási kulcsokat alkalmaznak új adatok védelmére; azonban ezek nem alkalmazhatók visszamenőlegesen korábbi adatokra.
Egyébként ez már most gondot okozhat: Daniel Shiu volt GCHQ kriptográfiai vezetője szerint „valószínűsíthetően szinte minden brit állampolgár adatai kompromittálódtak” kínai állami kibertámadások során – ezek az adatok későbbi dekódolásra várnak.
Összegzés
A kvantumszámítástechnika hatalmas potenciállal rendelkezik arra nézve, hogy átalakítsa mindennapi életünket – legyen szó egészségügyről, mezőgazdaságról vagy biztonságról –, ugyanakkor számos technikai és biztonsági kihívással kell még megbirkóznia. Bár jelenleg még gyerekcipőben jár ez a technológia és messze van attól, hogy széles körben elterjedjen vagy akár versenyezhessen az AI-val piaci értékben és ismertségben, hosszú távon akár túl is szárnyalhatja azt.
Mindenesetre érdemes figyelemmel kísérni mindkét terület fejlődését annak érdekében, hogy megértsük: milyen irányba formálódik majd technológiai jövőnk.