A Google, az IBM, az Amazon, a Microsoft, a Honeywell és még további több száz cég (a Financial Times szerint pontosan 193) megfeszített erővel dolgozik azon, hogy az általuk fejlesztett gép legyen a világ első, valóban használható, kereskedelmi forgalomba is hozható kvantumszámítógépe. Azonban ami a laboratóriumi körülmények között működik, az egyelőre nem teljesen állja meg a helyét a mindennapokban. Bár tényleg gyorsan haladnak a fejlesztések, de a kvantumgépek nagyon érzékeny szerkezetek, egyelőre csak jelentős méretű kriogenikus hűtőberendezésekkel tudnak működni és a kutatások még mindig abban a fázisban tartanak, amelyben egyelőre a számítógépek működőképességét bizonyítják, valódi, hasznos munkát, olyan végtelenül komplex számítások végrehajtását, amelyet a kvantumjövő kínál majd a kutatóknak, még nem lehet végezni rajtuk.

Az első kvantumszámítógépek valószínűleg sokkal egyszerűbb módszerekkel fognak dolgozni, mint amelyet eredetileg elképzeltek a cégek, ezek az leegyszerűsített változatok pedig akár már öt éven belül hasznos segítséget nyújthatnak például bankok számára a legbonyolultabb pénzügyi elemzésekhez, amelyek a Monte Carlo szimulációkkal jelzik előre a piaci mozgások jövőbeli várható eredményeit - a Goldman Sachs szerint. De ha a jövőben nem csak egy-egy cég vagy intézmény szeretne saját célra kvantumgépet használni, hanem a mai, kábeleken futó internethálózathoz hasonló módon működő kvantuminternetet is ki szeretnének építeni, akkor a gépek összekapcsolásához szükséges technológiát is ki kell fejleszteni.

A kvantumvilágban az információt a kvantumösszefonódás segítségével lehet közvetíteni a qubitek között. Egy qubit szuperpozícióban meghatározhatatlan állapotban van, lehet nulla, de lehet egy is az állapota (a hagyományos biteken alapuló számítás mindig egyeseknél és nullákkal dolgozik). A kvantum bitek spinjét (perdületét) össze lehet hangolni az összefonódással és ily módon meg lehet állapítani, ideális esetben nagy távolságról is, hogy az információt közlő qubit milyen állapotban volt, ugyanaz lesz az állapota, tehát egy vagy nulla, a másik qubitnak is.

Ezt a fajta információmegosztást már kipróbálták és a működőképességét bizonyították korábban is laboratóriumokban, de két eszköz összekötése még nem nevezhető valódi hálózatnak.

Ha a most használt internet fejlődésével akarunk párhuzamot vonni, akkor ezt ahhoz lehetne hasonlítani, mikor 1971-ben elküldték az első e-mail üzenetet az egyik számítógépről a másikra, és ezzel, ha nem is globálisan, de egy belső rendszerben sikerült összekapcsolni a készülékeket egymással és egy hálózati adatmegosztó rendszert kialakítani. Ebből pedig később kialakult a World Wide Web, ami megváltoztatta az egész világ kommunikációs szokásait.

A valódi kvantuminternet létrehozásához szükség van arra, hogy ne csak két, hanem három, majd később számtalan eszköz között is működjön az adatátvitel, vagyis a kvantumösszefonódás tovább adható legyen a gépek között. A középső csomópont beiktatásával már korábban is kísérleteztek, de most sikerült stabilan működő és programozható formában is bizonyítani, hogy a megosztás lehetséges. Ehhez a holland Delft Egyetem fizikusának, Ronald Hansonnak a vezetésével az egyetem épületén belül három eszközt helyeztek el, amelynek mindegyike szintetikus gyémántkristályban tárolta a kvantuminformációt. Ezekben a gyémántkristályokban van egy hiba: az egyik szénatomot nitrogénatom helyettesíti, a nitrogén qubitot pedig rá lehet venni, hogy egy fotont bocsásson ki, amely az atom állapotával összefonódott helyzetbe kerül. A fotont egy optikai kábelen keresztül el lehet vezetni egy másik eszközhöz.

A mostani kísérletben a középső készüléket, ami a routernek feleltethető meg, Bobnak nevezték el a klasszikus Bell tesztre utalásképpen, amelyben Bob és Alice méri az információmegosztást az összefonódás állapotában lévő, de fizikailag egymástól távol elhelyezkedő részecskék között. Bob nem csak közvetíteni tudta az összefonódás általi információt a két másik gép, Alice és Charlie között, hanem időlegesen el is tárolta a szén-13 izotóp segítségével. Ez a szén alapú memória akár egy percig is fenn tudja tartani a kvantumállapotát, ami a szubatomi világban egy örökkévalóságnak számít - írja a kutatásról beszámoló Nature magazin. Mivel a középső csomópont rendelkezik egy plusz qubittal, ezért ebben a részecskében átmenetileg meg tudja őrizni az első kvantum link állapotát, amíg a másik eszközzel létrehozza a kapcsolatot és tovább közvetíti az információt.

Ahhoz, hogy a kvantumösszefonódás továbbítható legyen, óvni kell a külső hatásoktól, az úgynevezett zajtól a qubitokat, de csak annyira, hogy a programozása még ne váljon lehetetlenné, ami nem egyszerű feladat, ezért a kísérletek tovább folytatódnak a Delftnél a kvantuminternet megalapozásának irányába. A laboratóriumban további qubitokat próbálnak a háromtagú hálózathoz adni, hiszen a jövőben rengeteg információt kell majd megosztani a rendszeren keresztül. A laboratóriumon kívül pedig készülnek az első, telekommunikációs optikai kábelen létrehozott kvantumhálózat bemutatójára a QuTech Kvantuminternet Demonstrációjának keretében 2022-ben.

(Fotó: QuTech, GettyImages/hh5800)

További cikkek a témában:

Egy lépéssel közelebb kerültünk a kvantum-internet eljöveteléhez Kvantum-összefonódás. Einstein kételkedett benne, de a jövendő generációk már lehet, hogy a jelenségnek köszönhetően lesznek képesek a kvantumhálózatok használatára. Még nem tudjuk, hogy fog kinézni a gyakorlatban, de a kutatók azt ígérik, minden eddiginél biztonságosabb információmegosztást tesz majd lehetővé.
A világ legnyugodtabb helyét nem a térképen kell keresnünk Egy egészen apró tárgy segítheti a fizikusokat az univerzum legfinomabb erőinek megismerésénél.
Kínában már kapható az első otthoni, 2 qubites kvantum számítógép A SpinQ Gemini lehet a világ első kereskedelmi forgalomban kapható kvantum számítógépe. A gép két qubitet tartalmaz, működése pedig a nukleáris mágneses rezonancián (NMR) alapul.