Az informatikai rendszerek egyre több és több adatot képesek előállítani, ám ezeket az adatokat fel is kell tudnunk dolgozni. Emiatt elengedhetetlen, hogy a számítási kapacitásokat is növelni tudjuk – erre a kihívásra nyújthatnak megoldást a jövő csúcstechnológiájának számító kvantumszámítógépek, melyekkel olyan feladatokat is elvégzethetünk, melyekre a jelenlegi, hagyományos gépek nem alkalmasak. 

Az okostelefonokat és laptopokat is magában foglaló klasszikus számítógépek ugyanis bináris „bitekben” (nulla vagy egy rendszerben) kódolják az információkat, míg a kvantumszámítógépben a memória alapegysége a kvantumbit (más néven qubit). Hogy ez mit is jelent a gyakorlatban? A hagyományos számítógépen például két bit esetén az egyes bitek 1 vagy 0 értékkel rendelkezhetnek, együtt tehát négy lehetséges értéket tárolhat velük (00, 01, 10 és 11), de egyszerre mindig csak az egyiket. Két, szuperpozícióban lévő qubit esetén azonban mindkét qubit lehet 1, 0 vagy mindkettő, így egyszerre jelölhetik ugyanazt a négy értéket. Három qubittel nyolc értéket jelölhet, négy qubittel 16-ot és így tovább.

Tehát amikor nagyon sok lehetséges kombináció vagy lehetőség létezik egy probléma megoldására, a kvantumszámítógépek képesek ezeket egyszerre mérlegelni, elemezni és kiválasztani a legjobbat, ezért nagy szerepük lehet például az anyagkutatásban, a kriptográfiában, a gyógyszerkutatásokban, pénzügyi elemzések során, vagy a mesterséges intelligencia fejlesztésben például az önvezető járművek esetében.

A kvantumszámítógépek kisebbek és kevesebb energiát igényelnek, mint a hagyományos technológiával működő szuperszámítógépek. A kvantumhardver rendszer pedig körülbelül akkora, mint egy autó, és többnyire hűtőrendszerekből áll, hogy a processzort az ultrahideg működési hőmérsékleten tartsák. Amikor a tudósok és a mérnökök nagy bonyolultságú problémákkal találkoztak, egyre gyakrabban fordulnak a jelenleg létező kvantumszámítógépekhez. 

A kvantumszámítógépek fejlesztése egyelőre még gyerekcipőben jár, mert a kvantumhardver roppant drága. A fejlesztési verseny azonban már elkezdődött. 

Az IBM, a Microsoft, a Google, az Amazon és az Intel dollármilliókat fektetett be a kvantum-számítástechnikába. A Google és az IBM 2019-ben mutatta be 53 qubites számítógépét. A Google „Sycamore” elnevezésű kvantumszámítógépe 3 perc 20 másodperc alatt megoldott egy olyan feladványt, mely a Summitnak – a világ legerősebb szuperszámítógépének – 10 ezer évig tartott volna.

Ennél is látványosabb sikert ért el a kanadai Xanadu Quantum Technologies cég „Borealis” nevű kvantumszámítógépe is: 36 milliomod másodperc alatt teljesített egy olyan feladatot, amelyhez a Summitnak több mint kilencezer évre lenne szüksége.

Az IBM „Eagle” nevű kvantumprocesszora immár 127 qubites, a bostoni QuEra Computing pedig egy 256 qubites kvantumszimulátort mutatott be, és ezzel megelőzve a Google-t és az IBM-et. Ígéretük szerint meg sem állnak az 1000 qubites gépig.

Kína is beszállt a versenybe: a 66 qubites „Zuchongzhi 2” kvantumszámítógépük 10 milliószor gyorsabb a világ legerősebb szuperszámítógépénél, a „Jiuzhang 2” elnevezésű gépük pedig 1 ezredmásodperc alatt végez azzal a feladattal, amellyel a jelenlegi legerősebb komputer is kb. 30 ezer milliárd évig számolna. 

Jövőkép

A kvantumtechnológia még kiforratlan, több irányban folyik a kutatás. A fejlesztőknek számos problémát kell még leküzdeniük, ilyen például a biztonság és a kvantuminformációk hosszú távú tárolása. Az elmúlt 15 év és a közelmúlt áttörései azonban a gyakorlatban is használhatóvá tették a kvantum-számítástechnikát, de még nem tudni, hogy mikor lesz elérhető hétköznapi használatra – egyes szakértők tíz, míg mások inkább száz évet jósolnak ennek.