A múltkor hosszan elidőztünk Schrödinger macskájának, ennek a keserű sorsú házikedvencnek a történeténél. Hja, Arany Jánostól tudjuk, hogy tudós macskájának lenni nem egy életbiztosítás. S a múltkor már nem is mertem elárulni: nem elég, hogy szuperponálják a cirmit önnön kihűlt porhüvelyével, de Geszti Tamás professzor egész komolyan foglalkozik a cirmos incidens utáni lepárlásának lehetőségével. Brrr.

Forrás: geekfriendly.org

Node, hogy egyik szavamat a másikba ne öltsem: kvantumszámítógép. Miért foglalkoznak ezzel egyátalán a fizikusok?  Már úgy értve, hogy miért törik magukat az eszköz konkrét megvalósításával? Rendben, a kvantumszámítógép gyorsabb, de a szoftvergyártók nyilván előbb-utóbb előállnának olyan operációs rendszerekkel, melyek állóra fékezik a vasat, mégha kvantum is az. Nos, a válasz az, hogy a kvantumszámítógép bizonyos számításokat nem egyszerűen csak gyorsabban, de exponenciálisan gyorsabban képes elvégezni, mint klasszikus társa. Nevezetes példa erre a megalkotójáról elnevezett Shor-algoritmus, amely polinomiális idő alatt képes egészeket faktorizálni. Na bumm, mondhatná erre a matematikában és informatikában csak alapszinten képzett érdeklődő, és akkor mi van? Akkor az van, hogy a manapság széltiben használt nyílt kulcsú titkosítást a kvantumszámítógép (elvileg) képes feltörni. Ez, csakúgy, mint a legtöbb titkosítás, egy számítás és annak az inverze közötti időbeli aszimmetrián alapszik. Ha van két prímszámom (emlékeztetőül: ezek azok a számok, melyeknek önmagukon és az egyen kívül nem oszthatók egyetlen számmal sem), szóval, ha van két prímszámom, ezek szorzatát kiszámítani nevetségesen egyszerű feladat. De ha csak a szorzatot adom meg, és azt kérdezem, hogy mik a prímtényezői, akkor tetszőleges klasszikus számítógépet meg lehet izzasztani a problémával. De nem a kvantumszámítógépet. Meglepődik-e ezek után valaki, ha azt mondom, hogy a kvantumszámítógép kifejlesztését célzó alapkutatásokat az amerikai hadsereg (DARPA) is támogatta/támogatja?

Kicsit off, de meg szeretnék osztani egy személyes élményt. Egyik ismerősöm is azok közé tartozott, akik támogatást kaptak a DARPA-tól. Mondtam neki: Frank, most magunk közt vagyunk, valljuk be, hogy te soha az életben nem fogsz kvantum-számítógépet csinálni. Miért éri meg a hadseregnek pénzt ölni a te kutatásaidba? Azt válaszolta, hogy helyén kell tudni kezelni a nagyságrendeket: a DAPRA évente ezekre a támogatásokra elkölti egy hadihajó árának mondjuk egy százalékát. Ha bejön: megütötték a főnyereményt. Ha nem: a költségvetésük meg sem érzi ezt a szúnyogcsípést.  

 Naná, hogy a keményfiúk az Echelonnál szeretnének kódot törni! Van rá esélyük? 

 Legjobb tudomásom szerint a legnagyobb egész szám, amit kvantumszámítógéppel valaha is faktorizáltak, az a 15 volt. Egy hét qbites NMR gép állta ki a herkulesi próbát, és az eredmény (harsonaszó!!!) 15 = 3·5. Ez egyúttal rávilágít a létező kvantumszámítógépek legszembetűnőbb hiányosságára: jelenleg mindössze néhány qbitet képesek koherensen kezelni. Ahhoz, hogy valóban hasznos dolgokra használhassuk, legalább néhány száz, esetleg ezer qbites gépre lenne szükségünk. Lehetséges ez? Tegyük fel, hogy egy qbitet egy atomon sikerült tárolni! Lehetséges-e egy 1000 atomos objektumot kvantummechanikai értelemben koherens állapotban tartani? Senki nem tudja. Ez a kérdés a legalapvetőbbek egyike: hol húzódik és milyen természetű a kvantumos és klasszikus világ közti határ? 

 A legtöbb terv egyébként nem egy, de rengeteg atommal számol, ha egy qbit tárolásáról van szó. Hogyan lehetne kivédeni a dekoherencia problémáját? Nos, klasszikus bitek esetében is szükség van néha hibajavításra, talán használhatnánk ugyanazokat a hibajavító kódokat? Sajnos nem. A klasszikus hibajavító kódok általában a redundáns adattárolás elvén alapulnak. Kvantumszámítógépben ez nem használható: egzakt matematikai tétel zárja ki ugyanis egy tetszőleges, ismeretlen kvantumállapot lemásolhatóságának lehetőségét. Ez az ún. „no cloning theorem”. (Emiatt most szívjuk a fogunkat, de gyakorlatilag ezen a tételen alapul a kvantumkriptográfia. Annak meg persze örülünk. De erről majd máskor.) Ennek ellenére léteznek kvantuminformatikai hibajavító algoritmusok, ezek általában azon alapulnak, hogy több fizikai qbit tárol egy logikai qbitet. Vagyis még több qbitre lenne szükségünk, amit nyilvánvalóan még nehezebb koherens állapotban tartani. Ördögi kör.

 Ne feledjük azt sem, hogy egy qbit végtelen (kontinuum) sok értéket vehet fel: nagyon sok múlhat a kezdeti értékek pontos beállításán. És itt vissza is köszön az a probléma, ami miatt az analóg komputerek a legtöbb területen alulmaradtak digitális társaikkal szemben: a digitális adattárolás és -továbbítás előnye a zajjal szembeni nagyfokú érzéketlenség. Ami nem igaz a qbitekre. (A tájékozottak ilyenkor szoktak előjönni az adiabatikus kvantumszámítógép ötletével. Nekik legyen mondva: bármilyen érdekes probléma adiabatikus kiszámításához közel kell menni egy kvantumkritikus ponthoz. Milyen közel? Milyen sebességgel változtathatom a paramétereket, hogy az még adiabatikusnak minősüljön? Mennyire alacsonyan kell tartani a hőmérsékletet?) 

 Persze lehet, hogy visszatekintve ezek majd apró kis göröngyöknek tűnnek majd a kvantuminformatika dicsőséges útján. Egyelőre azonban, az innenső oldalról nézve, égig érő hegyeknek tűnnek. 

 Hogy lesz-e valaha kvantumszámítógép, én nem tudom. De ezt az egész felhajtást nem tartom haszontalannak: qbitek ürügyén kutatók a kvantummechanika alapvető kérdéseit feszegetik. Ezekre a kutatásokra a kvantumszámítógép ígérete nélkül a kutya sem adna egy fityinget sem. Ugye emlékszünk még Johann Friedrich Böttger történetére? Ő is aranyat ígért Erős Ágostnak, aztán lett belőle messeni porcelán.