A kvantum-számítástechnika az IT egyik ígérete. Sokáig túl elméletinek tűnt, nem látszottak a hasznosulási lehetőségek, a kvantumszámítógépet szinte el sem tudtuk képzelni. Mivel több alapprobléma megoldódik, jöhetnek az első alkalmazások.
A kvantumtudomány homályos, nehezen megközelíthető: bonyolult, nem egyszer értelmetlennek látszó törvényeken alapul, semmi nem az, aminek tűnik, megfigyelünk egy tárgyat, és közben minden megváltozik. De pont ezek miatt izgalmas, s mozgatja meg annyira a fantáziát. Atomi szint alatti világok, az anyag természetét meghatározó és irányító (egyelőre titokzatos és szinte érthetetlen) biológiai, kémiai, fizikai, anyagtudományi alapelvek tárulnak fel, szisztematikus feltérképezésük, megértésük, a bennük rejlő potenciál kiaknázása rendkívül időigényes, és még csak a kezdet kezdeténél tartunk.
Kvantumjelenségek eddigi kutatása makróskálán történt, főként elektronokra gyakorolt hatásukat, különböző anyagok speciális körülmények melletti furcsa viselkedését vizsgálták. A fejlődés az IT egészére, azon belül elsősorban az alapokra (tranzisztorok, félvezetők, mikroprocesszorok) lehet nagyon komoly hatással.
A négy éve indult európai uniós Qubit Applications projekt (QAP) változatos tudományos hátterű kutatói kvantumjelenségek, például a bizonytalanság, vagy az egymástól távol lévő részecskék közti kapcsolat egyértelműnek egyáltalán nem nevezhető valóvilágbeli alkalmazási lehetőségeit tanulmányozzák. Időben rövid- és középtávon belül előállítható piacképes termékekben gondolkoznak. Nem terveznek kvantumszámítógépet, úgy vélik, foglalkoznak azzal mások épp eleget, ráadásul egy projekt élettartamánál sokkal több idő kellene hozzá. Viszont az általuk vizsgált problémák, például a fény elemi részecskéibe, a fotonokba kódolt információ tárolásának megoldása nélkül kvantumszámítógépet sem lehet létrehozni.
Feltörhetetlen kriptográfia, ma még elképzelhetetlen szimulációk, szupergyors hálózatok a kulcsszavak. „A majdani kvantumszámítások elavulttá teszik a jelenlegi összes kriptográfiai technológiát" – vetíti előre a jövőt Ian Walmsley, a projekt egyik koordinátora. – „A mai kvantumkriptográfia baja, hogy csak rövid távolságon belül működik."
A kvantumkriptográfia az összefonódáson alapul, azon a jelenségen, amikor két vagy több részecske kvantumállapota között összefüggés áll fenn olyan értelemben, hogy a teljes rendszer kvantumállapotát nem lehet a részrendszerek kvantumállapotának megadásával leírni. Ez az összefonódottság egymástól távol eső objektumok között is létezhet. Csak akkor lehet magyarázatot adni rá, ha azt feltételezzük, hogy ugyanahhoz az entitáshoz tartoznak. Erőforrásként lehetővé teszi, hogy kvantumszámítási algoritmusok nagyobb hatékonysággal működjenek, mintha összefonódás nem állna rendelkezésre. Másrészt annak eldöntése, hogy egy kvantumállapot szeparálható-e vagy összefonódott, fontos és gyakran tárgyalt elméleti probléma. A kvantumszámítás alapegysége a kvantumbit (qubit vagy qbit): míg egy klasszikus bit vagy a 0, vagy az 1 állapotban van, addig egy qubit képes a két állapot szuperpozíciójában lenni. Ez az extra bit szükséges a tényleg biztonságos kommunikációhoz.
A matematikai algoritmusokon alapuló legújabb kvantumkulcs-kiosztás fotonokkal működik, amelyekkel abszolút véletlenszerű kulcsok generálhatók. Az első ilyen kvantumkriptográfiai csipet tavaly állította elő a Siemens IT Solutions and Services (SIS) üzletága, az Austrian Research Centers és a Grazi Műszaki Egyetem. A QAP ezen az irányvonalon kíván még tökéletesebb megoldásokat elérni: a mostani nagyjából 200 kilométeres hatótávolságot szeretnék jelentősen növelni.
Az összefonódás nagy távolságban történő megtartása a QKD mellett a (biztonságos) kommunikáció és a hálózatok működése miatt is fontos. A kvantumszámításokban a tárolás és a memória kérdése azonban szintén legalább ekkora jelentőséggel bír.
Az információ a továbbításra sebessége és a környezettel folytatott elenyésző mértékű interakció miatt optimális fotonon történő kódolása relatíve nem túl nehéz, viszont a tárolás annál problematikusabb. A projekt egyik feladata a kvantuminformáció fotonok, atomok és molekulák közti átviteli módjainak kidolgozása. Kvantumhálózatokon szintén munkálkodnak: egyik kutatócsoportjuk sikeresen felvázolta a hálózati rendszer kulcsszereplőinek számító detektorok tesztelésének és kalibrálásának megbízható módját.
A Kvantumszimuláció és kontroll alprojekt rendeltetése klasszikus számítógépekkel nem kezelhető kvantumrendszerek szimulálására alkalmas kísérleti rendszerek fejlesztése. Képzeljük el például a szupervezetés elméletének modellezését. Nagyon komplex probléma, annyi adattal, amennyit jelenlegi gépeink képtelenek feldolgozni. A qubit alaptermészete viszont lehetővé teszi: on, off és on/off állapotaik gyakorlatilag a harmadik dimenzióba emelik át a mostani 2D-s számításokat. A rendszer nem lineárisan, hanem exponenciálisan kezeli a jelenséget. Csak néhány kvantumbit, és máris irdatlan méretű számítások végezhetők el. A kutatók szerint a szimulációs alkalmazások közepes időintervallumon (öt-tizenöt éven) belül kivitelezhetők. „Nem állítjuk, hogy az összes szimulációs problémát meg fogjuk oldani, viszont munkánk kezdetnek nem rossz" – véli Walmsley.