A kvantum igazi csendje: Thanos csettintése!

A kvantummechanikai elveken alapuló kvantuminformatika számos olyan megoldást nyújt, amelyek biztonságosabbá tehetik a napjainkban használt hírközlési rendszereket – fejtette ki online előadásában az Óbudai Egyetem Alba Regia Műszaki Karának rendezvényén, a Galileo Webcast platformján Bacsárdi László. A mérnök-informatikus űr-kvantumkommunikációból írta PhD dolgozatát 2012-ben. Jelenleg egyetemi docens a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszékén, a tanszéken működő Mobil Kommunikáció és Kvantumtechnológiák Laboratórium vezetője, a tervek szerint a 2022-ben induló műegyetemi űrmérnök mesterszak szakfelelőse.

Az előadást figyelemmel kísérők megismerkedhettek a kvantuminformatika alapfogalmaival, a kvantumkommunikációs protokollal, a kvantum alapú kulcsszétosztással és véletlenszám-generátorokkal, valamint az Európában épülő, optikai szálas összeköttetést és műholdas kapcsolatokat is tartalmazó kvantumkommunikációs infrastruktúrával.

Thanos egyet csettintett, s az addig ismert világ megszűnt létezni – elevenítette fel az előadó a Bosszúállók: Végtelen háború című Marvel-szuperfilm történetét. Mintegy bevezetve ezzel mondandójának alapját. A hagyományos számítógépek bináris számrendszerben, csak 1, illetve 0 bitekkel képesek dolgozni, míg a kvantumszámítógépek azon az elven alapulnak, hogy a kvantumbit (qubit) egyfajta szuperpozicionált állapotban egyszerre felveheti ezeket. Azaz egyidejű a van–nincs állapot.

És ennél a pontnál kikerülhetetlen az ikonikus Schrödinger macskája gondolatkísérlet. Erwin Schrödinger Nobel-díjas osztrák fizikus ezzel a kísérlettel kívánta szemléltetni a mikrovilágban uralkodó törvények hétköznapi szemlélet számára meghökkentő idegenszerűségét, miszerint a részsecskék egyidejűleg több helyen különféle állapotokban lehetnek. Gondolatkísérlete arra az abszurditásra mutat rá, hogy a macska élő vagy holt állapota attól függ, hogy éppen megfigyeli-e valaki valamelyik állapotot.

Amint elhangzott: napjaink számítástechnikai eszközei teljesítőképességük elvi határához éreztek, mivel az áramköri elemek a jelenlegi technológiával tovább nem csökkenthetők lényegesen. Ugyanakkor egyre több informatikai és távközlési feladat vár megoldásra, melyeket a jelenlegi számítástechnikai kapacitásokkal reménytelen megoldani, csupán szuboptimális megoldások alkalmazhatók. E kettős problémakörre kínál megoldást a kvantummechanikai alapokra épülő kvantuminformatika és kvantumkommunikáció, mely egyrészről atomi méretekre zsugorítja az áramköri elemeket, másfelől nagyfokú párhuzamosíthatóságot tesz lehetővé (lényegesen redukálva a számítási időt), harmadrészt pedig a klasszikus világban szokatlan megoldási lehetőségeket is kínál (például teleportálás).

– A kvantum alapú algoritmusok különböző kvantumfizikai jelenségeken alapulnak, és megoldást kínálnak olyan problémákra, mint a prímfaktorizáció, a keresés rendezetlen adatbázisban, a kvantum alapú kulcsszétosztás és információkódolás – mondta egyebek között Bacsárdi László. – A kommunikáció egyik fontos kérdése, hogyan lehet megosztani egy titkos kulcsot különböző kommunikáló felek között, és erre a kvantum alapú kulcsszétosztás egy biztonságos megoldást kínál. A kutatásunk célja, hogy a kvantumkommunikáció alkalmazásával a műholdas kommunikációt (beleértve az űrtávközlést) hatékonyabbá tegyük. A műholdas kommunikáció azért érdekes számunkra, mert az űrben a veszteségek sokkal kisebbek, mint akár a legjobb minőségű optikai kábelben, így remélhetőleg nagyobb távolságban lehet megvalósítani ugyanazokat a protokollokat, amelyeket a Földön már sikerrel kipróbáltak. Egy komplex vizsgálati modellt készítünk és használunk, amely lehetővé teszi műholdas kommunikációs folyamatok szimulálását klasszikus és kvantum alapú eljárások felhasználásával (például klasszikus hibajavítás, kvantum alapú kulcsszétosztás).