Az új kvantumhardver
A vita középpontjában a Microsoft februári állítása áll, miszerint új típusú kvantumhardvert épített – egy topológiai qubitet, amely elektronok mintázatából készült egy apró vezetéken. A Microsoft állítása szerint ez a qubit kevésbé hajlamos a hibákra. Ez megkönnyítené a kvantumszámítógépek felskálázását olyan méretűre, amely már ténylegesen hasznos lehet. Azonban a kiadást kísérő folyóiratcikkben a szerkesztők azt írták, hogy a Microsoft nem mutatott be meggyőző bizonyítékot.
“A vita és a szkepticizmus mind a tudományos folyamat részei,” mondta a Microsoft szóvivője. Rámutatott a kísérő cikk óta elért további fejlesztésekre, amelyek szerint a Microsoft csapata egy specifikus qubit-aspektust már irányított és mért.
A legújabb adatok, amelyeket a Microsoft kedden bemutatott, “csak zaj,” állítja Sergey Frolov, a Pittsburghi Egyetem fizikusa. Nayak szintén elismerte, hogy a jelet nehéz volt elkülöníteni az elektromos zaj miatt.
Iparági kihívások
A vita mellett az iparág a túlzott várakozások terhét is nyögi. A kvantumszámítógépek hívei szerint ezek forradalmasítani fogják az anyagtudományt, a titkosítást és a pénzügyeket. Az elméleti kutatások arra utalnak, hogy egy nap felülmúlhatják a hagyományos számítógépeket bizonyos összetett feladatokban, és a számítástechnika új területeit nyitják meg. De az időkeret bizonytalan. Januárban az Nvidia vezérigazgatója, Jensen Huang azt jósolta, hogy kereskedelmi kvantumszámítógépek 15 éven belül elérhetőek lesznek – ez a kijelentés sok kvantumszámítógépes részvények árának eséséhez vezetett.
Ennek ellenére a kvantumszámítógépes kutatók folyamatosan dolgoznak. Az elmúlt hónapokban a Google, az Amazon és több startup is bejelentett egy sor fokozatos fejlesztést. A kérdés inkább az, hogy a fogyasztóknak még mennyit kell várniuk a kvantumszámítógépek valódi áttörő alkalmazásaira.
Türelem szükséges
A kvantumszámítógépek legalább egy évtizedig nem lesznek képesek hasznos feladatokat elvégezni, mondja Andrea Morello fizikus. A technológia továbbra is átfogó problémákkal küzd: a qubiteket alkotó anyagok mérnöki megvalósításától kezdve a qubitek összekapcsolásán át a chipek széleskörű gyártásáig – nem is beszélve a szoftverek fejlesztéséről.
A befektetők azonban kitartanak, mivel a lehetséges megtérülés rendkívüli lehet. A kvantumszámítógépek teljesen új paradigmát kínálnak a számítástechnikában. A hagyományos számítógépek az információt bináris 1-esekbe és 0-kba kódolják, míg a kvantumszámítógépek az információt 1-esek és 0-k valószínűségi kombinációjaként ábrázolják, ezt nevezzük szuperpozíciónak. Ezt úgy képzelhetjük el, mint egy levegőben pörgő érmét – mielőtt földet ér, sem fej, sem írás, hanem mindkettő szuperpozíciójában létezik.
Különböző megközelítések
A kutatók különböző anyagokból próbálnak fizikai qubiteket készíteni – a Google, az Amazon és az IBM szupravezető áramköröket használnak, míg más jelentős startupok ionokat, atomokat és fotonokat alkalmaznak qubitként. Egyelőre nem világos, melyik technológia bizonyul legjobbnak.
Minden qubit a kvantummechanika törvényszerűségeit követi, akárcsak a molekulák. Ezért jósolják a szakértők, hogy a kvantumszámítógépek egyik első hasznos alkalmazása az anyagtudomány szimulálása lehet új felfedezések érdekében, például hatékonyabb akkumulátorok, környezetbarátabb műtrágyák vagy új gyógyszerek kifejlesztéséhez. Jelenleg a tudósok szuperszámítógépeket használnak, amelyek pontatlanok és lassúak ezekhez a feladatokhoz.
Széles körű alkalmazások
A kvantum-gyorsítás más iparágakat is átalakíthat. A bankok kvantum-optimalizálási algoritmusokat vizsgálnak pénzügyi szolgáltatásokhoz. A kvantumalgoritmusok energiahatékonyabbá tehetik a mesterséges intelligencia algoritmusait is. Emellett képesek lehetnek a meglévő titkosítási módszerek feltörésére, ami ösztönözte a posztkvantum kriptográfia kutatását.
De a kutatóknak előbb csökkenteniük kell a kvantumszámítógépek hibaarányát, és jelentősen nagyobb méretű rendszereket kell létrehozniuk. A közeljövőben a kvantumszámítógépeket nem személyes eszközként, hanem specializált chipekként vagy felhőalapú szolgáltatásként képzelik el. A felhasználók ezeket a gépeket felhőszolgáltatásokon keresztül érhetik majd el. Ezen túlmenően valószínűtlen, hogy a kvantumszámítógépek mindennapi feladatokra, például szövegszerkesztésre vagy böngészésre alkalmasak lennének.
Biztató előrelépések
A közelmúltbeli fejlesztések reménykeltőek. Az első jelentős kvantumszámítógépek az elmúlt évtizedben még túl sok hibát tartalmaztak ahhoz, hogy hasznos algoritmusokat futtassanak. Nemrégiben a kutatók rájöttek, hogyan csökkenthetik a számítási hibákat az információ egyetlen egységét több, párhuzamosan működő fizikai qubitre kódolva. Ezzel a megközelítéssel a vezető cégek azt mutatták be, hogy kvantumszámítógépeik megbízhatóbban képesek tárolni az információt, anélkül hogy a méret növekedésével nőne a hibaarány.
A finanszírozás kényes egyensúlya
Az Egyesült Államok, az Európai Unió és az Egyesült Királyság külön-külön milliárdokat fektettek a kvantumszámítógépek fejlesztésébe. Az Egyesült Államok fő riválisa Kína, amely ugyancsak jelentős erőforrásokat fordít ezekre a technológiákra. Emellett a magánszektoron belül is jelentős a befektetések volumene.
A technológia fejlesztése azonban küzdelmes marad. A kutatóknak fejlődést kell mutatniuk, hogy megelégedjenek a befektetők, miközben csökkenteniük kell az elvárásaikat, hogy a türelem ne fogyjon el. Az egyik fő aggodalom egy potenciális “kvantum tél” kialakulása – amikor a túlzott hype túlzott elvárásokhoz és elkerülhetetlen csalódásokhoz vezet, emiatt pedig a befektetők elpártolnak. Hasonló helyzet korábban a mesterséges intelligencia fejlesztésében is előfordult.
“Az emberek inkább visszafogottan próbálnának haladni, miközben még mindig vonzónak tűnnek a befektetők számára,” mondta Frolov. “De ez nagyon kényes egyensúly. Fennáll a veszélye, hogy vagy elunják magukat, vagy túlságosan felcsigázottak és csalódottak lesznek,” amikor a kvantumszámítógépek nem hozzák az elvárt eredményeket.
A kvantumszámítógép-fejlesztés gyermekbetegségei tehát folytatódnak. A potenciál továbbra is lenyűgöző, de a célvonal még távolinak tűnik. Addig a fizikusok folyamatosan vitáznak az apró lépésekről – amíg a pénzügyi támogatás biztosított.
