A Szent Mihály-templom és a városháza közötti feszültségről, bizalmatlansági indítványról, elnökválasztásról, ilyenekről illene dalolnia egy véleményszerzőnek, mert ezek mozgatják meg az embereket, (talán) ezek vannak igazán hatással az életükre. Én most mégis egy olyan hálátlan témába vágom a fejszém, ami jó eséllyel az emberek 99 százalékát nem érdekli, a másik 1 százalék pedig messze lepipál a témát érintő szaktudásban. De legalább egy eszmefuttatás erejéig mégis foglalkozni kellene a témával. Sajtóhírek szerint a Google nemrégiben elérte a kvantumfölényt, amit egyesek a számítástechnika új korának hajnalaként értelmeznek.

De mi a túró az a kvantumfölény? S mi köze van ehhez a mindennapokkal küzdő erdélyi embernek? Jelenleg nem sokunkat érint a hír, mégis olyan mértékben átformálhatja a világunkat ez a középkategóriás sci-fi-idézetként ható bejelentés, aminek hatásaként a jövőből visszatekintve már rá sem ismernénk a jelenlegi világra. Emlékszünk még az okostelefonok és közösségi oldalalak előtti világra? Hát hogyne emlékeznénk, sokszor vissza is sírjuk a közösségi oldalakon nosztalgikus bejegyzéseinkben, amelyeket okostelefonjainkról pötyögünk be épp, hogy „bezzeg a mi időnkben, amikor még nem volt…”. Szóval persze, hogy emlékszünk, ugyanis tíz-tizenöt éves történetekről van szó csupán, azonban az említett technikai, technológiai újdonságok a feje tetejére állították a korábbi világunkat és teljesen átformálták az életünket, a kommunikációtól kezdve a gazdaságon keresztül a szórakozásig megannyi területen. A tudományt, a gazdaságot, de akár a genetikát is megváltoztathatja a most beharangozott kvantumfölény.

Akkor beszélhetünk kvantumfölényről, ha egy kvantumszámítógép olyan számítást végez el, amit egy hagyományos szuperszámítógép sem képes elvégezni belátható időtávon belül. A sajtót bejáró hír arról számolt be, hogy egy NASA-szerverre „véletlenül” felkerült tanulmány szerint a Sycamore nevű, 54 qubitet tartalmazó kvantumprocesszorral egy számhalmazról meg tudták állapítani, hogy a számok véletlenszerűen követik egymást vagy valamilyen szabályszerűség van közöttük. Ez a hagyományos számítógépek számára nagyon nehéz feladat, egyesek szerint a legerősebb hagyományos szuperszámítógépnek is tízezer évébe telt volna ezt meghatározni, a Sycamore azonban állítólag 3 perc 20 másodperc alatt megoldotta a feladatot. Bár ennek első ránézésre a gyakorlati haszna nem sokat ér, azonban amennyiben valóban igaz a hír, az nagy előrelépést jelent a kvantumszámítás területén.

A hagyományos számítógépek az asztali számítógépektől a laptopokon és mobiltelefonokon át a szuperszámítógépekig digitális módon, úgynevezett bitekben tárolják az információt és azokon hajtanak végre számítási műveleteket. Egy bit egy elektronikus kapcsolóként képzelhető el, és két értéket vehet fel, 1-est és 0-ást. Az egymás mellé helyezett bitekből áll össze a hagyományos számítógép alapja, amelyben a bitek számának növelésével lineárisan növekszik a számítási kapacitás. Ez nagyjából azt jelenti, hogy a teljesítmény megduplázásához kétszer annyi bitre van szükség. Ezzel szemben egészen más elven működnek a kvantumszámítógépek, amelyek, amint a nevük is sugallja, a kvantumfizikára épülnek. Esetükben a biteket úgynevezett qubitek helyettesítik, amelyek egyrészt kvantumösszefonódásban vannak egymással (ez azt jelenti konyhanyelven, hogy az egyik változása kihat a másik állapotára is), és a szuperpozíciónak köszönhetően végtelen számú állapotot vehetnek fel a hagyományos bitek két értékével szemben. A qubitek számának növekedésével exponenciálisan növekszik a számítási kapacitás, vagyis minden egyes plusz qubit megduplázza az előző számítási kapacitást. A fizikáját meg sem próbálom leírni, mert én is csak a felszínét kapargatom, azonban egy hasonlattal könnyebben megérthetjük, hogy miről van itt szó.

Jim Al-Khalili és Johnjoe McFadden Az élet kódja című könyvükben írják le azt a tanmesét, ami rávilágít az exponenciális növekedés lényegére. A történet szerint a kínai császár (más forrásban indiai brahmin) a sakk feltalálójának felajánlotta, hogy bármit kérhet cserébe. A feltaláló azt kérte, hogy tegyenek a sakktábla első négyzetére 1 rizsszemet, a másodikra kettőt, a harmadikra négyet, és mindig duplázzák meg az előző rizsszemek számát. Nem tűnik nagy kérésnek, de már a sakktábla első sorának utolsó négyzetére 128 (2⁷-en) szem rizst, a második sor utolsó négyzetére azonban már 32 768 (2¹⁵-en) rizsszemet, míg a 8. sor 8. négyzetére már 9 223 372 036 854 776 000 (2⁶³-on) rizsszemet kellett volna tennie a királynak. Ez megközelítőleg 230 milliárd tonna rizs, ami nagyjából az emberiség egész történelme során megtermelt rizsmennyiségnek felelne meg. 

Ennek alapján úgy számolnak, hogy egy olyan kvantumszámítógép, amelyik képes lenne 300 qubit koherens összefonódását megtartani (ami potenciálisan 300 „számítást végző” atomot takar), akkor annak a számítási teljesítménye túlszárnyalná egy világegyetem méretű klasszikus számítógép képességeit (2³⁰⁰-on nagyjából az univerzumot alkotó részecskék száma). Persze a qubitek koherenciájának megtartása nagyon nem triviális és nagyon könnyen beáll az úgynevezett dekoherencia, vagyis amikor az egész használhatatlanná válik. A környezeti hatások következtében ez roppant gyorsan beállna, tulajdonképpen csak közel az abszolút 0 fok (-273 Celsius-fok) környékén tartható fenn a qubitek koherenciája, ekkor ugyanis már megszűnik az atomok és molekulák mozgása. Lényeg a lényeg, elég nehéz a qubitek koherenciáját megtartani, ami képessé teszi őket a roppant bonyolult számítási műveletekre.

Az optimistábbak szerint a kvantumszámítógépek lehetővé teszik majd az emberi agy idegsejtjeinek valós idejű szimulációját, a molekulák mozgásának modellezését, de a gazdasági folyamatokat, az optimalizációs problémákat is más dimenzióba emelhetik. Megváltozna a gyógyszerkutatás, de akár a genetika is. A pesszimistábbak inkább arra fókuszálnak, hogy a jelenlegi titkosítások teljesen értelmetlenné válnának. A kvantumszámítógépeken valószínű nem fogunk videót nézni, és játékra sem azokat fogjuk használni, de nagyon nehéz számítási problémákat oldhatnának meg. Az is biztos, hogy a közeljövőben egyelőre nem fogunk kvantumszámítógépekkel a zsebünkben futkorászni, azonban a fejlődésük egy új világ kapuját nyitják meg számunka, aminek a túloldalán még nem tudjuk, hogy mi vár ránk.