Kereső toggle

Kvantumugrás a számítógépekben

Továbbítás emailben
Cikk nyomtatása

2001: Űrodüsszeia, Terminátor, Én, a robot; néhány azok közül a disztrópikus történetek közül, melyekben a kor legmodernebb számítógépei átveszik a hatalmat az emberiség felett. Bár a mesterséges intelligencia kutatása még messze van attól, hogy egy önállóan gondolkodó gép alkotói ellen forduljon, a számítógépek adatfeldolgozásának felgyorsítására való törekvések egyre nagyobb hangsúlyt kapnak. Ezek a kvantumkomputereknek nevezett eszközök teljesen átformálhatják a számítógépek működéséről alkotott tudásunkat. Segítségükkel a tudomány sokkal eredményesebb lehet a világ működésének megértésében, ezen gépek elképesztő teljesítménye azonban nem csekély kockázatot is rejt magában.

Egy Burnaby nevezetű kanadai kisvárosban működik a D-Wave Systems számítástechnikai cég. Jelenleg a kvantumszámítógépek fejlesztésében úttörőnek számító vállalkozás a Google-lal és a NASA-val együttműködve építi erősebbnél erősebb gépeit, melyeket 15 millió dollárért bárki megvásárolhat. A D-Wave legnagyobb megrendelői az előbb említett két vállalat mellett az amerikai kormány számára harci repülőgépeket fejlesztő és gyártó Lockheed Martin. A Lockheed által gyártott F-35 harci repülőn futó szoftver több mint 9 millió sornyi kódból áll, ekkora adathalmaz feldolgozásához pedig a hagyományos elven működő számítógépek már túl lassúnak számítanak.

Miben is különbözik tehát egy kvantumszámítógép egy otthoni laptoptól? Bár felépítésükben többnyire megegyeznek, vagyis az adatokat és az utasításokat egy processzor kezeli, azonban működési elvük teljesen más alapokon nyugszik. A klasszikus processzorok évről évre egyre gyorsabbak és ezzel együtt egyre energiatakarékosabbak lesznek. Ezt a jelenséget írja le Moore törvénye, miszerint a processzorokban található tranzisztorok száma kétévente duplázódik. Ez csakis úgy érhető el, hogy ha a tranzisztorok mérete folyamatosan csökken (jelenleg egy tranzisztor mérete ötszázszor kisebb, mint egy vörösvértest). Ennek azonban van egy fizikai határa, ugyanis amint a tranzisztorok atomnyi méretűre zsugorodnak, többé már nem tudják betölteni feladatukat. A tranzisztorok feladata ugyanis, hogy egyfajta kapuként átengedjék vagy épp elzárják a legkisebb információhordozók, a bitek (ami tulajdonképpen nem más, mint áram) útját. Az atomi világban működő szabályok miatt (ezeket írja le a kvantumfizika) egy atom méretű zárt kapun egy bit képes átteleportálni magát, vagyis az atomi tranzisztorok már működésképtelenek. Ezeket a furcsa fizikai szabályokat használják ki a kvantumszámítógépek tervezésénél. A kvantumszámítógépekben a legkisebb információs csomagot nem bitnek, hanem qubitnek hívják. Míg a klasszikus számítógépekben egy bit csak egyféle utasítást hordoz magában (,,igen’’ vagy ,,nem”), addig egy qubit képes egyszerre mindkét utasítás hordozására (,,igen” és ,,nem”). Ez a látszólag lehetetlen tulajdonság adja a kvantumszámítógépek hatalmas adatfeldolgozó kapacitását. Képzeljünk el egy hatalmas postaközpontot, ahol milliónyi postás válogatja szét és küldi tovább a leveleket egy következő állomásra. A postások jelképezik a tranzisztorokat, a beérkező levelek pedig a bitek, aminek a címzettje lehet ,,igen” vagy ,,nem”. A kvantumszámítógépeknél a levelek címzettje egyszerre lehet ,,igen” és ,,nem”. Honnan tudja tehát a postás, hogy mi a címzett? Ha a kvantumfizika törvényeit alkalmazzuk a példára, akkor úgy, hogy abban

a pillanatban, hogy a postás érintkezik a levéllel, az kiesik ebből a kettős állapotból és csak a két címzett egyikét fogja magán hordozni (ezt az állapotot nevezik szuperpozíciónak).  A ,,kvantumposta” további érdekessége, hogy minden levélnek van egy párja, amivel kölcsönhatásban van, függetlenül attól, milyen távol is vannak egymástól. Ennek eredményeként, ha a postás érintkezik egy levéllel – ami aztán elveszti kettős állapotát –, a levél párja is kiesik a szuperpozícióból, függetlenül attól, hogy egy másik postás találkozott-e már azzal, vagy sem. Ezek a hagyományos fizikát meghazudtoló jelenségek teszik a kvantumszámítógépeket rendkívül hatékonnyá.

Ez a hatékonyság azonban veszélyes is lehet. Idén májusban az amerikai Nemzetbiztonsági Ügynökség (NSA) a nagy mennyiségű titkosított fájlokat birtokló állami és privát cégeknek is kiküldött egy jelentést, amely a kvantumszámítógépek veszélyeire hívja fel a figyelmet. A ma használt titkosítási módszerek ugyanis pont azon a tényen alapszanak, hogy nincs olyan számítógép, ami belátható időn belül fel tudná törni a bonyolult titkosítási algoritmusokat. Egy kvantumszámítógép azonban gond nélkül át tudna hatolni szinte bármilyen titkosításon, ezzel hozzáférve banki ügyletekhez és sok más titkos adathoz is. Ezzel olyan piacok is bajba kerülhetnének, mint a bitcoin. A bitcoin tranzakciók előnye, hogy a vásárló és eladó szinte teljes anonimitásban, visszakövethetetlen módon tudják lebonyolítani az ügyleteket. Kvantumszámítógépek használatával ez az anonimitás valószínűleg továbbra is sértetlen maradna, a gondot a felhasználók bitcoin fiókjához rendelt virtuális kulcs okozhatja. Adott feltételek mellett egy kvantumszámítógép rövid időn belül hozzáférést tudna szerezni bárkinek a bitcoin tárcájához, és tranzakciókat tudna lebonyolítani a tulajdonos tudomása nélkül. Mivel azonban a kvantumszámítógépek elterjedése és ilyen célokra való felhasználása valószínűleg fokozatosan megy majd végbe, mind a bitcoinnak, mind a szupertitkos cégeknek lesz elég idejük felkészülni effajta támadások elhárítására.

Hosszú távon nagyobb aggodalomra adhat okot, hogy tavaly év végén a D-Wave Systems elkészítette eddigi legnagyobb teljesítményű kvantumszámítógépét, amit egyből be is szereltek a NASA-val és Google-lal közösen létrehozott Kvantum Mesterséges Intelligencia Laborba (QuAIL). Egyelőre a labor a számítógépet komplex modellek lefuttatására és vizsgálatára használja, azonban a program végső célja az, hogy egy olyan számítógépet hozzon létre, amely programozás helyett maga tanulja meg a dolgokat, ezzel végső soron létrehozva az oly sok sci-fiből ismert gondolkodó számítógépet. A kvantumszámítógépek teljesítményét ismerve ezek után már nem is tűnhet annyira túlzónak Stephen Hawking és Elon Musk figyelmeztetése, miszerint a mesterséges intelligencia kifejlesztése az emberiség végét jelentheti.

A kvantumszámítógépek széles körű megjelenése azonban még legalább egy évtizedre van tőlünk, és egyelőre valószínűtlen, hogy azok majd irodákban vagy esetleg otthon kapjanak helyet. A kvantumszámítógépek jelenleg ugyanazon a kezdeti fázison mennek keresztül, amin annak idején a személyi számítógép is átment, azonban nem elképzelhetetlen, hogy az elmúlt évtizedek trendjéhez hasonlóan a kvantumszámítógépek tudása egyre nagyobb, ára pedig egyre alacsonyabb lesz, míg végül teljesen átveszik a klasszikus számítógépek helyét.

Olvasson tovább: