A Nemzeti Kvantumtechnológiai Programot és annak 3,5 milliárd forintos állami támogatását szerdán jelentették be a Magyar Tudományos Akadémián. A terület európai törekvéseivel egybeeső program négyéves projektjének célja – a hazai kvantumtechnológiai kutatások általános megerősítése mellett – egy kvantumtitkosító rendszer fejlesztése és megépítése. A projektet a frissen megalakult, a Magyarországon kvantumtechnológiai kutatásokat végző tudományos és ipari szereplőket összefogó konzorcium, a HunQuTech felügyeli.

Lovász László, az MTA elnöke egy személyes anekdotával hangsúlyozta a projekt fontosságát: „Amikor a Microsoftnál dolgoztam, a szomszéd szobában egy társaság a kvantumszámítógép kifejlesztésén dolgozott, Michael Freedman matematikus vezetésével. Ez olyan 12-13 éve volt, de még ma sem látom a piacon a Microsoft kvantumszámítógépét, lehet, hogy elakadtak valahol. Ezért is szerencsésebb egy ilyen, átfogóbb kutatást indítani, több területen, egymás munkáját segítve és kiegészítve”.

Akadémiai elnöki elődje, a jelenleg a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatalt vezető Pálinkás József a 2014-es Nemzeti Agykutatási Programmal elindult tematikus fejlesztési projektek közé sorolta a most bejelentett kvantumprogramot. „Úgy gondoltuk, hogy időszerű egy ilyen program indítása Magyarországon. Egyrészt alkalmazkodunk a világtrendekhez, másfelől pedig azokat a területeket érdemes kiemelten támogatni, ahol megvan az a kritikus tömeg, amely a siker esélyét növeli. Én azt gondolom, hogy a kvantumtechnológiák területén ez a kritikus tömeg megvan” – mondta Pálinkás.

Most minden kvantum, ami menő

„A kvantummechanika korlátozott megértéséből most lépünk át abba az időszakba, hogy azt alkalmazzuk és technológiává értik, ezért sokan második kvantumforradalomról beszélnek” – kezdte beszédét Domokos Péter, a HunQuTech vezetője, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont kvantumoptikai csoportjának témavezető fizikusa. Hogy mennyire időszerű a téma, azt azzal illusztrálta, hogy a szigorúan tudományos területeken kívül is menő lett a kvantum szó használata: a Firefox legújabb böngészőjét Quantumnak hívják, de már a kvantumpszichológiát is kitalálta valaki.

Kissé elfogultan a 20.század szellemi csúcsteljesmitényének nevezte az 1920-as évektől kutatott kvantummechanikát: „A világmindenség egy olyan szeletét sikerült leírni és igazolni, amelyhez nincs közvetlen hozzáférésünk, ráadásul a törvényei ellentmondanak a józan észnek”.

A kvantummechanika egyik alapja az elemi részecskék (vagy részecskékből álló rendszer) szuperpozíciója, vagyis amikor azok egyidejűleg több helyzetben is léteznek. Az elektronoknak például az a természetes állapotuk, hogy egyszerre vannak mindenhol, ezt írja le a hullámfüggvény. Ezt a gyakorlatban a nanotechnológia tette kutathatóvá: „Egy áramkörön például az elektródákkal be lehet zárni egyetlen egy elektront egy kvantumpöttybe. Ha egy ilyet létre tudunk hozni, akkor kettőt is, és az elektron mindkettőben lehet egyidejűleg. Így ma már egy laborban létrehozott, kontrollált rendszerben tudjuk irányítani az elektront” – magyarázta Domokos.

Már lehet kapni a boltban kvantumtelefont

A fotonok összefonódására épülő kvantumkommunikáció már valóság, kereskedelmi forgalomban is lehet eszközöket kapni hozzá. Két dobozt kell elképzelni, amelyek a térben egymástól távol lévő feleknél vannak, akik egymás közt elosztanak egy titkosító kulcsot, és így teljes bizonyossággal tudhatják, hogy éppen lehallgatják-e őket vagy sem. Ennek egyelőre fizikai korlátai vannak, most nagyjából 100 kilométeres hatótávolsággal tudnak ilyen szerkezetet előállítani. Kína viszont az egész világ előtt jár a területen: tavaly júniusban sikerült összehozni egy Skype-beszélgetést Peking és Bécs között, a Micius nevű műholdra telepített kulcselosztó eszközön keresztül, de a városait is elkezdte összekötni, és már 2000 kilométer hosszú kvantumkommunikációs titkosító csatornával rendelkezik.

Egy kvantumszámítógép létrehozásához szupravezető elemekből kell mesterséges atomokat csinálni, amelyek szaknyelven „megvalósítják” a kvantumbiteket. Egy kvantumbit (igen, qubit) abban különbözik a klasszikus számítógépek bitjeitől, hogy 0 és 1 mellett képes a két állapot tetszőleges szuperpozíciójában is lenni. A legtöbb qubittel rendelkező, eddig bejelentett processzorokkal az IBM (50) és az Intel (49) rendelkezik, és ezek Domokos szerint már olyan bonyolult feladatokra képesek, mint kémiai reakciók szimulálása vagy molekulaszerkezetek számolása. Hogy milyen egyéb alkalmazásai lehetnek egy kvantumszámítógépnek, az egy önálló kutatási terület, kvantumszimulációnak hívják.

17 év múlva már minden a kvantumról szól majd

Mivel dinamikusan fejlődő területről van szó, az Európai Bizottság felismerte, hogy minél előbb meg kell fogni az ipar résztvevőit, hogy Európa ne maradjon le az amerikai vagy a kínai fejlesztésektől. Ezért célzott programokat indítottak, egy tíz éven keresztül 1 milliárd eurós alapból gazdálkodó zászlóshajó-program keretein belül. Ebben meghatározták a kvantumtechnológiák négy pillérét, és az azokhoz kötött elvárásokat, 2035-ig bezárólag:

A HunQuTech konzorciumot az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont vezeti, további tagjai között a BME TTK Fizikai Intézet, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar és az ELTE TTK Fizikai Intézet kvantumfizikában kiemelkedő kutatócsoportjait, ipari oldalról pedig a mikrohullámú kommunikációban erős Bonn Hungary Elektronikai Kft.-t, a mikroszkópiában kiemelkedő Femtonics Kft.-t, a kvantumprocesszorokon futtatható algoritmusokban jártas Nokia Bell Labs-et, valamint a titkosított kommunikációban érdekelt Ericsson Magyarországot találjuk.

A 4 éves projekten 17 kutatócsoport dolgozik majd, minimum 80 kutatóval, és összesen 38 feladatot állítottak maguk elé.

Mire jó a kvantuminternet? Hogy jön ide az atombomba?

A kvantumkommunikáció területén az egyfoton-forrás létrehozása az elsődleges cél, ami azért szükséges, hogy távolabbra tudjanak küldeni információt optikai szálon keresztül, később pedig összefonódott fontonpár-forrást, majd ezekre épülő kvantumkommunikációs rendszert is terveznek létrehozni.

A főbb célok közé tartozik még egy atom-foton interfész építése, amellyel egy fotonban hordozott kvantuminformációt beírhatnak egy atomba, így az hosszú ideig tárolható lesz – ezt a gyakorlatban kvantummemóriaként lehet használni. Az egyelőre elég fejletlen európai kvantuminternet-hálózathoz való csatlakozás első lépéseként pedig a projekt során megpróbálnak létrehozni ilyen kapcsolatot. Az EU által 2030-ra célzott kvantuminternet gyakorlati haszna még a kutatók számára sem teljesen tiszta, Domokos Péter szerint a bankkártyás fizetéseket vagy a digitális aláírásokat új alapra helyezi majd a technika, „a fantáziánk viszont korlátos, még nem tudjuk, mi mindenre lehet jó”.

Az esemény végén olyan kérdést kaptak a kutatási szövetség tagjai, amire valószínűleg nem számítottak: ha Kína ennyire élen jár a kvantumtechnológiában, akkor miért teper így Európa, és benne Magyarország, miért akarjuk ugyanazt feltalálni, ami már létezik? Az egyik konzorciumi partner szerint ennek nemzetbiztonsági szempontból is jelentősége van: „2010-ben kezdődött az USA-ban, a polgári programokkal párhuzamosan egy hasonló katonai célú kvantumszámítógép-fejlesztés. Valószínűleg ez zajlik Kínában is. Kicsit ahhoz hasonlít a helyzet, mint amikor 1938-ban Otto Hahn egy kis asztalon, két laposelemmel bemutatta, hogy van maghasadás. Négy évvel később elindult a Manhattan-terv, 1945-ben pedig ledobták az atombombát Hirosimára és Nagaszakira. Akkor hét év telt el, és most valami hasonló zajlik. Valószínűleg nem lesz Magyarország kvantumnagyhatalom, de ahogy a nukleáris világra fel kellett készülnünk, úgy most sem maradhatunk le”.