Shohini Ghose fizikus szerint a kvantumszámítás nem oldja meg minden problémánkat. Az úttörő számítástechnikai keretrendszer azonban számos iparágat javíthat.
A kvantumszámítástechnikában rejlő lehetőségeket forradalmian újnak mondták, amely képes megváltoztatni a világ minden működését azáltal, hogy exponenciálisan gyorsabban talál megoldásokat, mint a mai legerősebb szuperszámítógépek.
De ahogy a vezetők kiszámítják a kvantum által generált potenciális bevételeket, és az újságírók azon igyekeznek, hogy egyszerű módszereket találjanak a mögöttes összetett folyamatok magyarázatára, a kvantumfizikusokat egyre jobban frusztrálja, hogy nem ismerik a területüket.
„A kvantumszámítás valójában nagyon különbözik a szokásos számítástechnikánktól” – mondta Shohini Ghose kvantumfizikus, a kanadai Wilfrid Laurier Egyetem professzora az 2022 Plusz Nextnek.
„Nem csak arról van szó, hogy ez egy erősebb változata annak, ami jelenleg van. Valójában magának a számítástechnikának egy teljesen más kerete.”
Ezt a keretet nehéz egyszerű analógiákkal és ismert referenciaértékekkel megmagyarázni.
A kvantumszámítógép nem X-szer erősebb, mint egy normál számítógép. Nem a Real Madrid a gyermeked futballcsapata. Egy kvantumszámítógép teljesen más játékot játszik.
„Nem az a helyzet, hogy a kvantumszámítógép minden feladatban jobb, és valahogyan felgyorsít mindent, amit csinálunk” – mondta Ghose.
„Vannak nagyon konkrét feladatok, amelyeket egy kvantumszámítógép valóban jobb módszerekkel tud elvégezni.”
A számítástechnika új keretrendszerének megértése
A normál számítógépek – az általunk használt számítógépektől a rekordot döntögető Frontier szuperszámítógépekig – úgy működnek, hogy az információkat bináris számjegyekké (egyesekké és nullákká), úgynevezett bitekké alakítják. Ezekből a bitekből álló hosszú karakterláncokat dolgozzák fel, amelyeket kódnak neveznek, és egyszerű matematikai eszközökkel mondják meg a kódnak, hogy mit tegyen.
A kvantumszámítási keretrendszer egy másik alapvető információs egységen, az úgynevezett kvantumbiten alapul, amely a szuperpozíciónak nevezett elven működik.
„Képzeljünk el egy olyan helyzetet, amikor a bitünk nem egészen nulla és nem egészen egy, de van némi valószínűsége annak, hogy nulla, és van némi valószínűsége annak, hogy egy” – mondta Ghose.
„Ez az, amit szuperpozíciónak nevezünk, és így írják le a kvantumbitet vagy qubitet.”
Lehet, hogy ez kevésbé hangzik pontosan, de Ghose szerint jelentősen kibővíti a kvantumszámítógép által megoldható számítások körét, és sok esetben megnöveli a megoldás elérésének sebességét.
„Majdnem olyan, mintha két pontról – a 0 és az 1-ről – eljutnánk a tájon ahhoz, hogy bárhová áramolhassunk a tájon, mert a nulla és az egy bármilyen kombinációja lehetséges” – mondta.
Játékmódosítási lehetőség
Szóval, mire képesek a kvantumszámítógépek jobban, mint a normál számítógépek?
„Ha csak e-maileket ír, akkor nem fog látni olyan hatalmas gyorsulást, amely gyorsabbá vagy jobbá teszi az e-mailjeit” – mondta Ghose.
„De az megtörténhet, hogy a háttérben egy kvantumtitkosítási rendszer képes lehet javítani a kommunikáció biztonságát és magánéletét.”
A kvantumkriptográfia a kutatás egyik fő területe, amely a kvantummechanikára támaszkodik az online kommunikáció biztonságának javítása érdekében. Ghose azt mondja, hogy a háttér-kvantumtitkosítás végül minden eszközünkön megjelenhet.
„Ha ez valóban hibamentesen és tökéletesen megtervezett módon történik, akkor teljesen feltörhetetlen” – mondta. „A titkosítás megtöréséhez a fizika törvényeit kell megszegnie.”
Más alkalmazások nagyméretű kvantumszámítógépek építésének képességétől függenek. Ezek a jobb gyógyszerek kifejlesztésétől a jobb napelemek és akár ruházat építéséig terjedhetnek.
De ahhoz, hogy valóban kiterjesszék a kvantumszámítástechnika alkalmazási köreit, Ghose szerint különböző területek szakértőinek kell részt venniük a kutatásban.
„Nem kell fizikusnak lenned ahhoz, hogy részese lehess ennek az új kvantumszámítási forradalomnak” – mondta.
„Valójában minél többféle embercsoportot lehet bevonni, annál gazdagabb lesz a mezőny, és annál meglepőbbek lesznek az eredmények.”
Hosszú út áll előttünk a kvantum felé
Még mindig sok kérdésre kell választ adni, mielőtt a kvantumszámítás bekerülhet a mainstreambe. Az első és legfontosabb az, hogy egyáltalán lehet-e építeni nagyméretű kvantumszámítógépeket.
„Nem egészen világos, hogy valóban fel tudjuk-e méretezni őket, mert senki sem tudta határozottan megmutatni, hogy egyre nagyobb kvantumszámítógépek építése során fenntartható és méretezhető módon fogjuk tudni megtenni” – mondta Ghose.
A Qubit-okat az abszolút nulla közeli hőmérsékleten kell tartani ahhoz, hogy működjenek, így a hőkezelés a fejlesztők által megoldandó fő akadály.
A költségek is problémát jelentenek – a legtöbb becslés egyetlen qubit költségét körülbelül 10 000 euróra teszi, ami néhány iparág kivételével minden iparág számára megfizethetetlenül drágává teszi a hasznos kvantumszámítógépet.
De Ghose szerint a kvantumszámítás legnagyobb kihívása és ismeretlensége a kvantumhibák kezelése.
„A kvantumszámítógépet erőssé teszi ez az összefonódásnak nevezett jelenség, amikor a különböző kvantumbitek egymással beszélnek, és olyan módon kapcsolódnak egymáshoz, hogy mintegy egyként kezdenek működni” – mondta.
„De ha ezek a qubitek ahelyett, hogy egymással beszélnének, valamihez a számítási terükön kívül beszélnek, például valami véletlenszerű részecskéhez, akkor is belegabalyodhatnak ezekkel a részecskékkel.”
Ghose szerint a qubitek ellenőrzése és a véletlenszerű részecskékkel való kölcsönhatás megakadályozása érdekében „hidegebbnek kell lenniük, mint a világűrben”.
Ennek egyetlen módja jelenleg az, hogy hatalmas számítógépeket építenek, „egy egész szoba méretűek”, amelyekben minden hardver, elektronika és hűtőrendszer elfér.
„Sok hibajavítást kell végeznünk, mert nagyon-nagyon törékenyek, és még a legkisebb hiba vagy zaj is teljesen tönkreteszi a számítást” – mondta Ghose.
„Erre kell gondolnunk, ahogy haladunk előre, valóban megéri? És ha igen, hogyan tegyük ezt felelősségteljesen és fenntartható módon? Nem tudom a választ”.
Ha többet szeretne megtudni erről a történetről, tekintse meg a fenti videót a médialejátszóban.
