Bár az utóbbi hónapokban az emberek képzeletében a mesterséges intelligencia kissé átvette a kvantumszámítógépektől „a jövő előhírnökének” szerepét, mert az MI fejlődése látványosabb, és laikusok számára is beláthatóbb (különösen azok számára, akiket máris kirúgnak az ingyen dolgozó algoritmusok kedvéért), valójában a működési elvet tekintve a kvantumszámítógépek sokkal nagyobb ugrást jelentenek a hagyományos komputerekhez képest, mint az MI-alkalmazások. De vajon mikor aknakeresőzhetünk végre az okosóránkban ketyegő kvantumszámítógépen? Valószínűleg soha.
Justin Trudeau kanadai miniszterelnök 2016-ban egyetlen mondattal máig élő rocksztárstátuszra tett szert a kockák körében: tudott pár értelmes szót mondani a kvantuminformatikáról. Éppen a Perimeter Intézetet látogatta meg, amely Kanada vezető elméleti fizikai kutatóintézete, és bejelentette, hogy a kormány további támogatást biztosít a kutatásaikhoz, amelyek része a kvantumelmélet, vagyis a kvantum-számítástechnika elméleti alapja. A bejelentést követő sajtótájékoztatón egy újságíró kellemetlenkedő kérdést tett fel a miniszterelnöknek (igen, vannak országok, ahol ilyet is lehet): „igazából azt akartam volna kérni, hogy magyarázza el a kvantuminformatika lényegét, de hát…”, majd gúnyosan felnevetett, mert tökéletesen biztos volt abban, hogy Trudeau-nak – egyszerű földi halandó lévén – fogalma nincs, az micsoda valójában. Mielőtt azonban az újságíró folytathatta volna az igazi, nem poénnak szánt kérdésével, Trudeau odaállt a mikrofonhoz, és elmondta, hogy míg a szokványos komputerek bitjei csak két állapotot (1 és 0) vehetnek fel, addig a kvantumos állapot ennél sokkal összetettebb lehet, és ez a bizonytalanság lehetőséget teremt arra, hogy sokkal több információt tápláljunk egy sokkal kisebb számítógépbe. Vagyis volt némi fogalma arról, hogy miről van szó.
Ha annyit tudunk a kvantumszámítógépekről, amennyit Trudeau olvasott a felkészítőben, már nem vagyunk totálisan elveszve velük kapcsolatban. Sokkal többre nincs nagy esélyünk, hiszen ahogy Richard Feynman Nobel-díjas fizikus mondta egyszer: „Ha úgy érzed, hogy érted a kvantummechanikát, akkor nem érted a kvantummechanikát.” De azért próbáljuk meg.
Az IBM a minap bejelentette, hogy áttörést értek el a kvantumszámítógépük fejlesztésében: egy fizikai problémára a gép jobb megoldást adott, mint a legszuperebb hagyományos szuperszámítógépek. Persze ez még korántsem jelenti azt, hogy a mai kvantumszámítógépek meghaladták a legjobb (vagy akár a szokványos) konvencionális komputerek képességeit az élet legtöbb területén, azért ez az eredmény betekintést jelent a jövőbe. Hiszen a jelenleg létező legnagyobb kvantumszámítógépek mindössze néhány száz kvantumbittel (qubittel) vannak felszerelve. A qubitek a nevük ellenére a szerepüket tekintve inkább a hagyományos számítógépek tranzisztoraihoz és nem bitjeihez hasonlíthatók, ha egyáltalán összehasonlítható az alma a körtével. Ehhez képest a leggyengébb okostelefonok csipjeiben is tranzisztorok milliárdjai dolgoznak.
Na most képzeljük el, hogy ha ez a maréknyi qubit máris kenterbe verte a szuperszámítógép megszámlálhatatlan tranzisztorát, akkor mi lesz a helyzet, ha hasonló nagyságrendben fognak qubiteket építeni a kvantumszámítógépekbe. Szinte félelmetes elképzelni.
Ugyanakkor ma még nagyon megbízhatatlanok a kvantumkomputerek: ha ugyanazt a számítási feladatot adjuk nekik újra és újra, ritka, hogy kétszer ugyanazt az eredményt hoznák ki. Ez a megbízhatatlanság akár a kvantumszámítógépek gyakorlati használhatatlanságát is eredményezheti, hiszen hiába lakozik mélyen a gépben a zsenialitás lehetősége, ha nem lehetünk biztosak abban, hogy az általa kidobott eredmény jó, akkor nem tudjuk hasznát venni a működésének. Az IBM kutatói éppen ezt a bizonytalanságot tudták kiküszöbölni egy új elméleti modell segítségével. Vagyis nem magát a gépet erősítették meg, hanem a hibázás valószínűségét csökkentették drasztikusan. Bár a Google már négy évvel ezelőtt bejelentette, hogy elérte a „kvantumfölényt” (quantum supremacy), vagyis hogy megelőzték a saját kvantumkomputerükkel a konvencionális számítógépeket, de ezt akkor és azóta is inkább marketingfogásnak tekintették a konkurensek. Az IBM most nem beszél kvantumfölényről, ők a higgadt szakértelem imidzsét választották a Google bombasztikusságával szemben, de a Nature által megkérdezett független kvantumtudósok szerint ez az igazi áttörés, ami után valóban elkezdődhet a valamire használható kvantumszámítógépek kora. Az IBM kvantumüzletágának alelnöke azt mondta, „most léptünk be a kvantuminformatika következő fázisába, amit én a felhasználás korának hívok”.
De mire lesz jó a kvantumszámítógép? A mostani várakozások szerint arra, amire a jelenlegi számítógépek alapvetően nem: a legbonyolultabb jelenségek (például a klíma, az atomi és molekularendszerek viselkedése, az élő sejtekben zajló folyamatok, egész pénzügyi rendszerek) soha nem látott pontosságú és összetettségű modellezésére, illetve gyakorlatilag tényleg feltörhetetlen titkosításra például. Ez utóbbi jövőbeli felhasználási terület indokolja, hogy a nagyhatalmak hadseregei miért ölnek milliárdokat a kvantuminformatikába, és miért rettegnek attól, hogy az ellenség ér el előttük áttörést a nemzetbiztonsági alkalmazások terén. A kvantumszámítógépek a qubitek rengeteg lehetséges állapota révén egyszerre tudják mindazokat a számításokat elvégezni, amit a konvencionális számítógépek csak szekvenciálisan tudnának. Emiatt a számításhoz szükséges idő esetenként a végtelenről egy pillanatra csökkenhet.
A mai „feltörhetetlennek” gondolt kódolás azért feltörhetetlen elméletileg, mert praktikusan végtelen hosszú időre lenne szüksége egy hagyományos számítógépnek, hogy feltörje. Na most, ez a feladat egy valóban használható kvantumszámítógépnek meg se kottyan. A világ titkosszolgálatai már ma is arra az időre készülnek (remélhetőleg), amikor az eddigi titkosítótechnikák csak lejárt viccnek tűnnek majd.
Az IBM mostani eredménye azért is sokkal átütőbb jelentőségű, mint a Google korábbi performansza, mert az IBM tudósai olyan rendszer szimulációját végezték el, aminek rögtön hasznát vehetik a fizikusok: egy 127 qubitet tartalmazó kvantumszámítógéppel modellezték egy 127 atomból álló rúdmágnes mágneses térben mutatott viselkedését. Bár viszonylag kevés atomról van szó, ezek együttes viselkedése olyannyira komplex, hogy azt a hagyományos számítógépek egyszerűen képtelenek értelmezni, legyenek akármilyen szuperek, és álljon a rendelkezésükre akár az univerzum élettartama is. Az IBM (még mindig primitív) kvantumszámítógépének ez a feladat elvégzéséhez kevesebb mint egy ezredmásodpercre volt szüksége.
Bár egy ilyen számítás ugyanolyan megbízhatatlan volt, mint az a kvantumszámítógépeknél sajnos megszokott, minthogy csak egy szempillantásnyi időt vett igénybe, egymás után rengetegszer el tudták végezni. Pontosan 600 ezerszer végezték el, összesen alig tíz perc alatt. A számtalan futtatás eredményét együttesen elemezve ezután azonosították a hibák okozta zaj jellegzetességeit, amit kivonva az adatokból már pontos és megbízható eredményre jutottak. De ez még mindig irreálisan egyszerű rendszer volt (hiszen a valóságos anyaghalmazokban lévő atomok száma össze sem hasonlítható ezzel). Hogy a mostani áttörésnek tűnő siker vajon kiterjeszthető-e a valóságra, az hamarosan kiderül.
Forrás: a Magyar Hang VI. évfolyama 26. számának (június 30. – július 6.) nyomtatott változata.
