A laboratóriumokban töltött évtizedek után a kvantumtudomány a mindennapi életünk részévé válhat. Ha az ambiciózus tervek sikerülnek, 2020-ban az Egyesült Királyság ad otthont a világ legnagyobb teljesítményű kvantumszámítógépének, az országot pedig biztonságos kvantumhálózat fedheti le, számos más kvantum-iparágat hozva létre.

A 2013-ban George Osborne kancellár által bejelentett tervezet 270 millió angol font befektetéséről szólt a kvantumtechnológiákba. Jelenleg a különböző területekre, számítástechnikára, kommunikációra, észlelésre és képalkotásra fókuszáló központok létesítése zajlik azzal a célkitűzéssel, hogy öt éven belül használható kvantumeszközökkel lássák el az embereket.

A csapatok szeptemberben tartották első találkozójukat az Oxford Egyetemen, megvitatva az ötéves ütemtervet és a leküzdendő akadályokat, köztük a kvantumvilág furcsaságaival kapcsolatos előítéletekkel. "Amikor nagy nyilvánosság előtt beszélünk a kvantumfizikáról, az első, ami az embereknek eszükbe jut, a kísérteties filozófiai vonal" - hangoztatta Peter Knight, a londoni Imperial College kutatója az ülésen, hozzátéve, hogy ezen változtatni kell. "A fő üzenetünk: jelenleg ez már egy fejlődő technológia"

Ian Walmsley, aki a kvantumszámítási központot igazgatja Oxfordban, úgy véli az alapvető tudomány már elég fejlett ahhoz, hogy ezt a víziót a realitások talajára helyezze. "Most már valóban szükségünk volt egy műszaki lökésre, hogy újabb szintre jussunk" - tette hozzá.


A hagyományos bittel ellentétben a kvantum bit, vagy kubit egyszerre lehet 0 és 1. Ez a képesség hatalmas sebességnövekedést ígér, jelentős előrelépést jelentve az adatbázisok és a gépi tanulás terén. Azonban míg a bináris bitek a jól bevált szilícium tranzisztorokon alapulnak, a kvantumszámítógépeknél még nem egyértelmű az irány. Walmsley csapata foglyul ejtett ionokon alapuló rendszeren dolgozik, melyeket elektromágneses mezők tartanak a helyükön, és lézerrel írható, olvasható az információ. A rendszer a Q20:20 nevet viseli, ami egy 20-kubites eszközre utal. 2020-ra szeretnének 20 ilyen eszköz összekapcsolásával 400 kubites processzorral előállni. "Az már elég nagy, hogy olyan dolgokat is megoldjon, amire a szuperszámítógépek ma nem képesek" - mondta Walmsley.

Ez a moduláris kivitel a legfrissebb laboratóriumi eredményeket kamatoztatná, melyek kis méreteken már bizonyították a törékeny kvantumállapotok sikeresen manipulálhatóságát. Az oxfordiak kidolgoztak egy módszert a kubit-sejtek hálózatba foglalására, melyek így nagyobb processzorokként funkcionálhatnak. "A laboratóriumban elértük a megfelelő teljesítményt. Ha sikerül bebizonyítanunk, hogy ezek a kicsinyített megoldások működnek, onnan már nincs akadály a felnagyításuk előtt" - taglalta Walmsley.

Mivel a számítógép valójában egy hálózat, a kubit-sejtek elhelyezhetők az ország különböző pontjain, széles körben hozzáférhető kvantumfelhőt hozva létre. Könnyen lehet, hogy nem is kell 2020-ig várni, mivel már fejlesztés alatt áll egy másik kvantumhálózat típus, ami elvileg két éven belül rendelkezésre fog állni, ugyancsak Angliában.

Tim Spiller, a York Egyetemen helyet kapott kvantumkommunikációs központ vezetője optikai szálakon futó kvantum kulcs disztribúciós (QKD) hálózatot épít, ami Bristol és Cambridge számára nyújtana egy megoldást, 2020-ra pedig Londont is bekötnék a hálózatba. A QKD a fotonok különböző kvantumállapotait használja fel kriptográfiai kulcsok előállítására és átvitelére, melyeket adatok titkosítására használhatnak. A jelenlegi, matematikai problémákon alapuló, nagy teljesítményű számítógépekkel megfejthető kriptográfiával szemben a QKD-t a fizikai törvényei védik, bármilyen beavatkozás esetén azonnali riasztást eredményezve.

Hasonló hálózatok már léteznek az Egyesült Államokban és Kínában a nagy cégek és a kormányzat számára, a brit hálózat azonban gyakorlatilag bárkinek elérhető lesz. "Elképzelésünk szerint, amint működik, az emberek felfedezhetik és kipróbálhatják, mihez tudnak kezdeni vele" - mondta Spiller. "Bristolban az új technológiákat kereső fogyasztókra összpontosítunk, míg Cambridge-ben a hálózatot kisebb, magas műszaki színvonalú üzletek fogják használni"

A jelenlegi titkosítási technikák még nincsenek veszélyben, azonban Spiller rámutat, a QKD idővel tovább erősítheti a biztonságot. A kvantumkulcsokat számos szolgáltatáshoz alkalmazhatják, vegyük csak a leggyakoribbakat, a banki és telekommunikációs alkalmazásokat. "Többé nem kell jelszavakat és PIN-eket észben tartani, a QKD mindent megold" - mondta John Rarity, a Bristol Egyetem kutatója, aki munkatársaival egy hitelkártya méretű kulcson dolgozik.


A számítások és a titkosítás koránt sem jelentik a kvantum technikákban rejlő lehetőségek teljes kiaknázását. A brit központokban számos más érdekes alkalmazást is fejlesztenek, ilyenek a láthatatlan gázokat látni képes kamerák és a rendkívüli érzékenységű gravitáció detektorok, melyekkel könnyen feltérképezhetők a földalatti csőhálózatok, amik az építőiparban jelenthetnek kisebb forradalmasítást, a szivárgásokkor rossz helyen felbontott utak több millió font kidobott pénzt jelentenek évente az adófizetőknek. A britek nem véletlenül költenek ennyit a kvantum technikára, szeretnének vezető szerephez jutni, egy új iparágat létrehozni.

Nem ők azonban az egyetlenek, akik ezen az úton járnak. Júliusban a holland kormány 135 millió eurót irányzott elő a kvantum technikák fejlesztésére az elkövetkező 10 évre, míg szeptemberben az Intel jelentett be 50 millió dolláros együttműködést a hollandiai Delft Műszaki Egyetemmel a kvantum processzorok hagyományos számítógépekbe történő átültetésére.

Természetesen a nagy amerikai szervezetek a Google-lel kezdve az IARPA (Fejlett Intelligencia Kutatási Projektek) ügynökségig bezárólag, mind jelentős összegeket fektetnek kvantumhardverbe. "Elképesztő látni az átmenetet a laboratóriumi kutatások és a piaci megjelenések között, különösen annak fényében, hogy csak az 1980-as években merült fel először az alkalmazások ötlete" - mondta Rarity, utalva Richard Feynman 1981-es publikációjára, melyben felvetette a kvantumszámítógép ötletét. "Most jött el az idő, hogy elkezdjen kifizetődni az eddigi munka"