DOMOKOS PÉTER | A kvantumfizika iránt lehet lelkesen érdeklődni, a Schrödinger macskája néven elhíresült paradoxon is befogadható, de önhittség lenne átlagemberként azt remélni, hogy megérthetjük ezt a kézzelfoghatatlan szubatomi világot. Kísérletet tenni mindenképpen érdemes.

Nem arra kértem az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársát, akadémikust, a HunQuTech konzorcium vezetőjét, hogy magyarázza el fél óra alatt a kvantumfizika alapvetéseit, hiszen közös szótárunk sem igen van. A cél az volt, hogy közelítési és megértési pontokat találjunk, melyek adnak némi támaszt egy érdeklődő laikus számára is.
– A kvantummechanika hőskorában még érvényes volt a dilemma: nem filozófia-e inkább a kvantumfizika. Ma már eldőlt ez a kérdés?
– Száz éve közelebb volt ahhoz a határhoz, hogy filozófiáról beszéljünk, de erről napjainkban már szó sincs, ma már technológiáról beszélhetünk. Túlléptük azt a szintet, ahol a tudást rakosgatjuk össze, mára eljutottunk oda, hogy a tudást alkalmazni és használni akarjuk. A kvantummechanikai objektumok kezelése lehetővé válik, persze méretüknél fogva ehhez különleges laboratóriumi eszközökre van szükség.
– Nagy az érdeklődés a terület iránt, a kvantum kifejezés igen divatos lett. Érdekes módon még az ezotériába is belopakodott, miközben százból 99-en nem tudnák definiálni, mivel foglalkozik ez a tudomány.
Az átlagembertől már nagyon messzire kerültek ezek az ismeretek. Vajon áthidalható ez a távolság?
– Azt kell megérteni, hogy ezeknek az eszközöknek és módszereknek az alkalmazása nagy tudást igényel, így a távolság nehezen áthidalható. De egyrészt az egyetemi tananyag része, másrészt lehet arra törekedni, hogy a már létező, letisztult tudást a mérnökök megtanulják, hogy azon járhasson az agyuk, miként lehet a meglévő ismereteket fejleszteni, beépíteni, felhasználni. De az tény, hogy a kvantumfizika nem olyan tudás, mint az autóvezetés.
– Ezek szerint azt ne várjuk, hogy leszivárog a hétköznapi ember szintjére?
– Egy kvantummechanikai, egy titkosítóeszközzel nem biztos, hogy mindenki képes majd bánni, mert komplex tudást igényel. Persze ez nem szokatlan, hiszen az orvoslásban is vannak olyan eszközök, amelyek működése csak a szűk szakmai közösség számára érthető. Talán ennél is kevesebben vannak, akik a kvantumtechnológiát értik.
– Laikusként hogyan tudom majd eldönteni, hogy amivel ez a tudomány foglalkozik, szándékosan sarkítom: jó vagy rossz?
– Nyilván ezt nem a hétköznapi ember dönti el, hanem bizonyos üzletági szereplők, akik már most is használnak kvantumtechnológiát, vagy majd használják.
Jelenleg leginkább a titkosításban vannak sikerek, itt a biztonságipar és a bankok érdekeltek. Hosszú fejlődéstörténetről kell beszélnünk, míg a gondolatból, a kvantumelméletből eljutottunk ide, és ezt az utat olyan találmányok kövezték ki, mint például a lézer. Először a tudósok alkalmazták, és másodlagos felfedezések révén terjedt el a használata az élet sok más területén. Hasonlóan jó példa a tranzisztor, amely az elektronika elképesztő mértékű elterjedésének volt a feltétele.
A kvantumtechnológiát is első körben a tudósok használják majd. Ugyanakkor már nem feltétlenül csak a fizikusok, hanem például a geofizikusok is.
– Milyen célra?
– Nyersanyagok kutatására. Nagyon pontos interferométerekkel dolgozhatnak, amelyekkel kihasználhatják az anyagnak azt a kvantummechanikából ismert furcsa tulajdonságát, hogy hullám. A hullám interferál, az interferencia pedig nagyon érzékeny a legapróbb változásokra, zavarokra, ezért igen pontos gravitációsmezőméréseket lehet végezni. Ez már egy létező eszköz. Az orvoslásban várható az, hogy a mágnesesrezonancia-méréseknek a térbeli felbontását lehet jelentősen javítani. További példák sorolása helyett hadd hivatkozzam a fizikusok fantáziájának nyilvánvalóan létező korlátaira: én nem tudhatom, hogy az orvoskutatásnak mire van vagy lesz szüksége. Ezért nem tudhatom azt sem pontosan, hogy a mindennapi élet eszközeibe hogyan épül be a kvantumtechnológia. Az én homályos jövőképem szerint lesznek olyan alkalmazások, amelyek bizonyos matematikai problémák megoldását teszik lehetővé, melyeket a jelenlegi számítógépekkel nem lehet megoldani, viszont akár egy kisebb kvantumszámítógép már ki tudja számolni, amit kell.
– Akkor itt álljunk meg egy pillanatra, mert a kvantumszámítógép is lassan napi hír a sajtóban, de erősen kétséges, értjük-e, miben újszerű. Sebességben vagy kapacitásban?
– Ha egy számítógépnek 50 bit lenne a memóriamérete, az nevetséges lenne.
Viszont ha 50 darab kvantumbitem van, akkor annak olyan nagy az állapottere, amit be se tudok írni a jelenlegi legnagyobb komputerbe. Ez egy skálázási különbség.
Vannak olyan problémák, ahol ez számít. Van olyan kvantumszámítógépre írt algoritmus, amely meg tud oldani klasszikus komputeren megoldhatatlan problémát. Ilyen például az utazó ügynök gondja: néhány város egy hálózatot alkot, és az ügynöknek mindegyikbe egyszer el kell jutnia. Kérdés, hogy mi az optimális bejárási útvonal. Ennek a problémának a megoldása kvantumszámítógépen lehetséges.
– Földhözragadt és újabb laikus kérdés: mekkora a kvantumszámítógép? Laptopot kell elképzelni, vagy egy teremben fér csak el?
– Ahhoz, hogy hozzáférjünk a kvantumvilághoz, minden zajt, potenciális zavaró tényezőt, amely a mi világunkban természetes módon létezik – azaz akusztikus és rezgési zörejek, hőmérséklet-ingadozás, a háttérgáz nyomása, ki kell szűrni, és ez nehéz feladat. A kívánt környezet kialakítása csak célzott laboratóriumban lehetséges.
A jelenleg a legjobbnak tűnő fizikai körülmények megvalósításához nagyon alacsony hőmérsékletre van szükség. Ez nem óriási helyigényű, egy szoba méretű laboratórium elegendő hozzá.
– Szóval létre kell hozni ezt az extrém, nem reális környezetet, amely már olyan, mintha nem is valóságos lenne, akkor jutunk el a kvantumvilágba. Nyilván erősen korlátozott a megértésem, de ez tényleg valóság, nem fikció?
– Kiterjesztettük a tudáshatárokat.
Mindez realitás, értjük is és bele is nyúlunk.
Egyébként nemcsak ebben az irányban, a mikrovilág kapcsán, hanem az ember számára felfoghatatlan másik méretskálán, az univerzum nagy léptékű szerkezete terén is megdöbbentően nőttek az ismereteink.
– Magyarul csak meg kell szoknunk a gondolatot, hogy ez a tudás már rendelkezésre áll. Hol tart ma a magyar kvantumtechnológia?
– A kvantumtechnológia területén sok kiváló kutatócsoport dolgozik. Egyébként az Európai Unió is zászlóshajónak tekinti ezt a tudományágat, egymilliárd eurós pályázati alapot különítettek el rá.
Az első felhívásban három magyar pályázat is nyert, és általában elmondható, hogy ezek benyújtói fiatal, pályájuk derekán álló, nagyon jó nemzetközi kapcsolatrendszert kialakított kutatók. Az általuk végzett munka megfelel a nemzetközi színvonalnak. Ami nagyon hiányzott, az a jobb műszeres felszereltség, a több laboratórium.
Mivel ez a terület nagy érdeklődésre tart számot és dinamikusan fejlődik, így szükség van a műszerekre, hogy lépést tudjunk tartani a kísérletekben és a technológia alkalmazásában.
– Az állam most hárommilliárddal támogatja az ön vezetésével felállított konzorciumot.
Sokat kellett ezért lobbizni?
– Kevés olyan terület van a magyar tudományban, ahol ilyen jó az emberi erőforrás, mint nálunk. Amikor a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal kereste a kiválósági pontokat, akkor megtalálták ezt a szektort. A pályázati kiírásra az MTA Wigner FK vezetésével a BME Fizikai Intézete, a BME Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszéke, az ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék, valamint az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézete négy ipari partnerrel létrehozta a HunQuTech konzorciumot. Az ipari partnerek: Bonn Hungary Electronics, Femtonics, Ericsson Hungary, Nokia Bell Labs. Négy iránya van a kvantumtechnológiának: a kvantumkommunikáció, a kvantummérés, a kvantumszimuláció és a kvantumszámítógép – ez mind megjelenik a koordinált munkában, a több szálon történő kutatást és fejlesztést meg akarjuk tartani.
– Ha visszatekint az egyetemi éveire, az eltelt bő húsz esztendő alatt mekkora léptékű volt a tudásgyarapodás ezen a területen?
– Tíz éve sem tudtam volna elképzelni azt, ami most van.
– Einstein értené azt, amivel ma önök foglalkoznak?
– Persze, hogy értené, hiszen nem arról van szó, hogy az elmélet megváltozott.
De nagyon meg lenne lepve. A múlt században sokat vitatkoztak az elmélet egyes pontjain, amelyeket ma közvetlen méréssel el lehet dönteni. És kiderült néhány esetben, hogy az igazság az, amit Einstein nem nagyon akart elfogadni.
Húsz éve, amikor kezdett elterjedni az a fogalom, hogy kvantumszámítógép, megjelentek olyan munkák, amelyek a megépítés korlátait tárták fel. Ezek a kritikák megalapozottak voltak. De aztán tíz esztendőn belül mégis történtek olyan felfedezések, matematikai és fizikai területen egyaránt, amelyek utat nyitottak a további fejlesztésnek. Tehát csupán az én szakmai életutam során is bekövetkeztek olyan léptékű változások, amelyeket nem láthattunk előre.
KA: HUNQUTECH. A KONZORCIUM A LEGKIVÁLÓBB TUDÓSOKAT FOGJA ÖSSZE DOMOKOS PÉTER AKADÉMIKUS VEZETÉSÉVEL
A konzorcium célja, hogy a projekt keretében a következő négy évben létrehozzon: egy olyan egyfoton-forrást, amely a kvantummechanika elvei által garantált biztonságos kommunikációhoz szükséges; egy összefonódott fotonpárforrást; egy mind a szabad térben, mind optikai kábelen keresztül működő kvantumkommunikációs rendszert; különböző fizikai elveken alapuló kvantummemóriákat, amelyek elemi építőkövei lehetnek a kvantummechanikában rejlő számítási lehetőségeket kiaknázó jövendőbeli eszközöknek; egy- és kétbites kvantumlogikai kapukat; egy a mágneses mezőt nagy térbeli felbontással mérő eszközt, amely az optikailag detektált mágneses rezonanciát használja; új algoritmusokat a kvantumfizikai rendszerek hatékony szimulációjára.

Forrás: FIGYELŐ - 2018. 03. 01. (72,73,74. OLDAL)