Teller Edétől a kaszinók világán át a kvantumszámítógépek forradalmáig – egy izgalmas utazás a tudomány és a szórakoztatás határvonalán. Teller Ede, a híres fizikus, akinek munkássága hozzájárult a modern atomfizika alapjainak megteremtéséhez, új dimenzió


Gilyén András PhD fokozatát az Amszterdami Egyetemen szerezte meg, jelenleg a Rényi Alfréd Matematikai Kutatóintézetben tevékenykedik. Emellett oktatóként is részt vesz az Eötvös Loránd Tudományegyetem munkájában. Az Amazonnal együttműködve a kvantumszámítógépek potenciális alkalmazási lehetőségeit kutatja. E kutatás eredményei egy hamarosan megjelenő könyv formájában fognak bemutatásra kerülni.

A kvantumelmélet felfutása nem csupán trend, hanem izgalmas alapot ad egy beszélgetéshez Gilyén Andrással, aki a kvantumszámítások szakértője. De nemcsak ez az apropó, hanem az is, hogy hamarosan napvilágot lát egy közel 400 oldalas könyv, amely az Amazonnal való együttműködésük gyümölcsét képezi. E beszélgetés során nemcsak erről a műről kérdeztük, hanem a kvantumteleportáció rejtelmeiről és a kvantumszámítógépek jövőjéről is értekeztünk.

Nemrégiben mi is beszámoltunk róla, hogy a tudományos világban nagy érdeklődés övezi a kvantumteleportációt. Négy évvel ezelőtt Gilyén András, aki akkoriban a Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech) munkatársa volt, valamint a NASA egy kutatóintézete, a JPL és a Fermilab részecskefizikai laboratóriuma közös kísérlete keretében 44 kilométeren keresztül sikerült kvantuminformációt teleportálniuk. Ahogy a kutató kifejtette,

Ez a folyamat valóban megvalósítható, tehát "teleportálás" révén átvihető, de a fizikai objektumok vagy emberi testek átkonfigurálása nem kivitelezhető.

Gilyén András mindenekelőtt fontosnak tartja megemlíteni a számítástudomány hőskorából származó Monte Carlo-módszert, ami a véletlen segítségével szimulál bonyolult folyamatokat egy számítógépen. A negyvenes években találta ki Stanisław Ulam, az amerikai hadsereg titkos Los Alamos-i laborjában, a kódneve pedig azért lett ez (és nem Merkúr), mert Ulam nagybátyja sok pénzt vesztett a monte-carlói kaszinókban. Neumann János felismerte a módszer jelentőségét és közösen vezették implementációját az első programozható számítógépre, az ENIAC-ra. A Monte-Carlo egyébként fontos szerephez jutott a hidrogénbomba fejlesztésében is. András hozzáteszi: "Ulam ötlete az volt, hogy ha valamilyen kölcsönhatást nem tudunk kiszámolni analitikusan, akkor szimuláljunk néhány véletlen részecskeutat, és végül átlagoljuk ki az eredményt."

Az egyik legismertebb Monte Carlo-variáció a Metropolis algoritmus, amelyet Nicholas Metropolis 1953-ban mutatott be. Érdekesség, hogy ennek a munkának magyar vonatkozása is van, hiszen Teller Ede és felesége, Auguszta Mária is társszerzői voltak. Ez az algoritmus napjainkban is elterjedten alkalmazott különböző pénzügyi folyamatok szimulálásában, valamint áramlások és komplex rendszerek kölcsönhatásainak feltérképezésében. András és amazonos munkatársai az elmúlt két évben egy új, kvantumos verziót fejlesztettek ki, amelynek potenciálját remélhetőleg széles körben kiaknázzák majd a jövőben.

Amikor arról érdeklődöm, hogyan került közel az Amazonhoz, Gilyén András izgalmas történetet oszt meg. Elárulja, hogy 2019-től két évig posztdoktori kutatónként a Caltechen dolgozott, ahol az ottani mentorai egy közös projektbe kezdtek a céggel. Ahogy András fogalmaz, az Amazon mára már jóval több, mint csupán egy könyváruház; egy komplex ökoszisztémává nőtte ki magát.

Az Amazon egyik legfőbb tevékenysége már 5 éve a felhő alapú informatikai szolgáltatások nyújtása. De nem volt ez mindig így, sokáig a Google és az IBM mögött kullogtak a fejlesztésekben, ezért is fogtak össze a Caltech munkatársaival.

A közös kutatóközpontban Gilyén András mellett számos régi mentora is tevékenykedett – őt is meghívták, hogy csatlakozzon a csapathoz. Bár hosszú távú tervei között nem szerepelt az amerikai tartózkodás, a karantén idején felgyorsult online együttműködések lehetősége éppen a megfelelő időben érkezett, így a távmunka zökkenőmentesen valósulhatott meg.

Amikor arról kérdezték Andrást, honnan származik a most megjelenő könyv ötlete, elárulta, hogy az Amazon kutatóközpontjának algoritmikus részlegében egy izgalmas kezdeményezés indult. A részleg vezetője felismerte, hogy érdemes lenne feltérképezni a kvantumszámítógépek potenciális felhasználási területeit. A könyv célja, hogy részletesen bemutassa a különféle alkalmazási lehetőségeket, miközben mérlegeli az ismert megoldások előnyeit és hátrányait is.

A kiadvány első verziója már elérhető a világhálón, míg a végső, egyesített változat a Cambridge University Press gondozásában hamarosan napvilágot lát. Az anyagban részletesen bemutatják az ígéretes alkalmazásokat, például a kvantumrendszerek szimulációit, amelyek forradalmasíthatják a molekulák, kémiai reakciók, különleges anyagok és szupravezetők felfedezését. Ezek az innovációk hozzájárulhatnak a hatékonyabb műtrágya előállításához és új gyógyszerek kifejlesztéséhez is.

Az új anyagszerkezetek kidolgozása során a kvantumos szimuláció segítségével számos lehetőség gyors és hatékony vizsgálatára nyílik lehetőség. Ennek köszönhetően csupán a legígéretesebb struktúrákat szükséges alávetni a költséges laboratóriumi teszteknek, így optimalizálva a fejlesztési folyamatot.

András pontosítja a helyzetet, és megjegyzi, hogy a kvantumszámítógépek különösen hatékonyak a nagy számok prímtényezőkre bontásában, valamint bizonyos optimalizációs feladatok megoldásában. Ez a képesség kiemelten fontos az internetes biztonsági rendszerek szempontjából, mivel a weboldalak és bankkártyák titkosítása potenciálisan veszélyeztethető kvantumszámítógépek által. A kutatók folyamatosan dolgoznak a kvantumbiztos titkosítás fejlesztésén, és már néhány weboldal és alkalmazás is áttért erre az új megoldásra.

Körülbelül ezer kvantumbit van a legnagyobb gépben most, de mekkora kvantumszámítógép kellene az első alkalmazások megvalósításához? Közel milliós nagyságrendű. "Ahogy egyre nagyobbak lesznek a gépek, úgy egyre több területen lehet majd őket alkalmazni. Idővel a kvantumszámítógépeknek nagy szerepe lehet a mesterséges intelligencia tanulási folyamatainak optimalizálásában is, de ehhez már igazán nagy gépekre lesz szükség."

Gilyén András és csapata a Caltech intézmény keretein belül azon dolgozik, hogy a kvantum-számítástudomány izgalmas világát közelebb hozzák az emberekhez. Ennek érdekében egy innovatív kvantumos sakkjátékot alkottak meg, amelyben a játékosok nem csupán egy mezőt léphetnek, hanem lehetőségük van arra is, hogy egy figurát egyszerre több mezőre helyezzenek, kihasználva a "kvantumos szuperpozíció" fogalmát. Ez a különleges játékmód új és izgalmas szabályrendszert követel meg, amely még inkább felerősíti a kvantummechanika rejtelmeit.

A jövő generációinak beavatása kiemelkedően fontos feladat, ezért Gilyén András amszterdami kollégái egy könnyen érthető jegyzetet készítettek a kvantumszámítás alapjairól. Ez a forrás lehetővé teszi, hogy komoly előképzettség nélkül is belemerülhessenek a téma rejtelmeibe. Ezt a tudást használja fel a Rényiben működő szakkör, ahol a középiskolás diákok lelkesen vesznek részt, hogy felfedezzék a kvantumszámítástudomány új perspektíváit.

Related posts