Mennyi választja el a kvantumfölényt a világuralomtól?

A múlt héten akarva-akaratlanul kitudódott, hogy a Google kvantumszámítógépe olyan problémát oldott meg pár perc alatt, amelyhez a legerősebb konvencionális szuperszámítógépeknek is több tízezer évre lenne szükségük (vagyis gyakorlatilag megoldhatatlanok számukra). Ez praktikusan azt jelenti, hogy a kvantumszámítógépek meghaladták a hagyományos komputerek képességeit. Beköszöntött az a kor – amelyet a számítógéptudósok már évek óta várnak –, amikor már nem pusztán sebességben előzik a hagyományos számítógépeket, hanem alapvetően új típusú tudásra tesznek szert. Ez a kvantumfölény kora.

De mit is jelent ez, valóban fordulóponthoz értünk-e a számítástechnika történetében? Amint a nyilvános NASA-szerverre feltöltött (majd gyorsan eltávolított) vázlatos kéziratot felfedezte a sajtó, egymást próbálják túllicitálni a hol történelmi pillanatot, hol a fennálló világrend ledőlését vizionáló beszámolók. Néhányan a tranzisztorok és a nyomtatott áramkörök feltalálásához hasonlítják a kvantumfölény küszöbének átlépését, mások a Skynet világuralomra törésével, a mindenkiről mindent tudó, sőt még a jövőt is megjósoló mesterséges intelligenciával riogatják a nagyérdeműt.

A kvantuminformatika legnépszerűbb veszélye a kódok feltörése. Elméletileg minden titkosítás feltörhető, ha rendelkezésre állnak a hozzá szükséges számítási erőforrások. A nemzetközi pénzügyi rendszerben alkalmazott kriptográfiai megoldások azért tekinthetők (vagy voltak eddig tekinthetők) biztonságosnak, mert még ha egy James Bond-filmbe illő főgonosz szuperszámítógépek hadseregét is állítja csatasorba a feltörésükre,

Viszont itt jönnek a képbe a kvantumszámítógépek, amelyek kvantumbitjei (qubitjei) nemcsak két állapotban létezhetnek, hanem a kvantummechanika felfoghatatlan törvényeinek köszönhetően végtelen számú állapotot vehetnek fel egyszerre. Egy efféle gépnek az ismert matematikai problémák meg se kottyannak. A titkok nélküli világ rémképét már politikusok is kihasználják, némi figyelem és népszerűség reményében. Andrew Yang demokrata elnökjelölt-jelölt (akinek gyakorlatilag semmi esélye nincs arra, hogy akár csak megmérettethesse magát a jövő évi amerikai elnökválasztáson), így reagált a hírre a Twitteren:

Az, hogy a Google elérte a kvantum-számítástechnikát, hatalmas dolog. Sok más dolog mellett azt jelenti, hogy nincs feltörhetetlen kód.

Yangnak sikerült két rövid mondatban rögtön két butaságot kijelentenie (nem a “kvantum-számítástechnikát” érték el, és eddig sem volt feltörhetetlen kód). Mindenesetre az, hogy egy politikus érdemesnek tart egy számítógép-tudományi hírt úgy tálalni, hogy az azonnali (és negatív) hatással bír a választók mindennapi életére, jól mutatja, hogy hatalmas a fogalmi zavar és a tudatlanságból fakadó aggodalom a kvantuminformatikával kapcsolatban.

Pedig a valóság az – legalábbis John Preskill, a Caltech professzora szerint, aki nyolc éve megalkotta a kvantumfölény kifejezést –, hogy az eredmény tudományos jelentősége valóban nagy, de addig, míg az egyre gyorsabban fejlődő kvantumszámítógépek bármilyen praktikus műveletre is képesek lesznek (tehát nem csak olyanokra, amelyeket alig néhány kvantumfizikus ért a bolygón),

A technológia jelenleg még erősen kísérleti stádiumban van (bár a nagy cégek már elkezdték kvantumszámítási szolgáltatásaikat kereskedelmi jelleggel is kínálni a kutatóknak). A mostani eredmény eléréséhez nagy gonddal választottak ki egy olyan problémát, amelybe köztudomásúlag beletörik a konvencionális számítógépek bicskája, viszont az is sejthető volt, hogy ez a probléma az alapvetően más elvek szerint működő kvantumszámítógépet nem nagyon izzaszthatja meg. E konkrét kísérletben egy számhalmazról kellett megmondania, hogy az random számokat tartalmaz-e, vagy van köztük szabályszerűség. Az egész kísérlet egyetlen funkciója az volt, hogy ezúton demonstrálják a kvantumszámítógépben rejlő jövőbeli lehetőségeket.

Az eredmény kitudódásának kifejezetten ironikus aspektusa, hogy valószínűleg a Google konvencionális számítógépei kotyogták ki a hírt. Több kvantuminformatikus is úgy szerzett róla tudomást, hogy a Google szaktanulmány-kereső szolgáltatása, a Scholar felismerte az új cikket a NASA-szerveren, és erről értesítette a szaktársakat. Az eredmény jelentőségéről egyébként maga a tanulmány is úgy fogalmaz, hogy annak egyelőre inkább alapkutatási jelentősége van, az alkalmazásra még várni kell.

Persze ez kissé őszintétlen óvatoskodásnak is tekinthető, hiszen a kvantumfölényért folytatott versenyben egymásra ráígérve fogadkoztak a Google, a Microsoft, az IBM és a többi érintett cég szakemberei, hogy már csak napok kérdése a határvonal átlépése. A Google egyik vezetője konkrétan 2017-re ígérte a diadalt, ehhez képest mindez akár kudarcnak is felfogható.

Amiatt is sok kritika éri a cégeket, hogy kommunikációjukban a kvantumszámítógépek egyértelműen pozitív hatásait (így a molekulák mozgásának vagy az agysejtek aktivitásának valós idejű szimulációját) felnagyítják, míg az esetleges problémákat (legfőképpen a konvencionális titkosítás esetleges nevetségessé válását) a szőnyeg alá söprik. Pedig – mutatnak rá kritikusok – ezek a problémák sem bonyolultságban, sem megközelítésmódjukban nem térnek el alapvetően egymástól, így ha az előnyök megvalósulhatnak, azzal együtt járnak a hátrányok is.

A kvantumfölénynek jelen pillanatban inkább csak elméleti jelentősége van. Eddig is sejthető volt, hogy a versengő cégek a fölény első átlépése érdekében olyan feladatokkal fognak kísérletezni, amelyben a kvantumszámítógépek jók, de a konvencionális komputerek gyengék (és eközben a feladat gyakorlati használhatóságával nem sokat törődnek). Ennek ellensúlyozására időközben alkottak egy másik kifejezést is a fejlődés tényleges mérföldköveinek kijelölésére.

Akkor tekinthető teljesítettnek, ha a kvantumszámítógépek már képessé válnak olyan feladatok elvégzésére is (a hagyományos számítógépeknél sokkal nagyobb hatékonysággal), amelyek valós problémákat oldanak meg. Arról persze lehet vitatkozni, hogy mely probléma tekinthető valósnak és relevánsnak, de a kvantumelőny fogalma mellett érvelők szerint e feladatnak nem a fizikából, hanem inkább a pénzügyekből, a gyógyszerkutatásból, illetve a mesterséges intelligencia területéről kell erednie.

De még ezzel sem lesz a kezünkben a megbízhatóan működő kvantumszámítógép. A hagyományos komputerekbe biztonsági mechanizmusok vannak beépítve, amelyek észreveszik, ha valamelyik számítás hibásan ment végbe. Efféle megoldás jelenleg még nem létezik a kvantumszámítógépekben. Egyesek szerint akár több ezer hibajavító qubitra is szükség lehet minden egyes hasznos munkát végző qubit tevékenységének felügyeletére.