Áldás, vagy átok a kvantuminternet és a kvantumszámítógépek világa? Mind a két eshetőség igaz ahogy az is, hogy Európa nagy irammal igyekszik felkészülni erre a korszakra, ami nincs is olyan messze, ahogy a Horizon, az EU kutatási és innovációs magazinja írt erről.
Idén májusban valami nagyon fontos dolog történt az Innsbrucki Egyetemen, ami akár kezdőrúgásként is értelmezhető egy újfajta internet létrehozása felé. Az osztrák kutatók a kvantumfizika elveinek felhasználásával 50 kilométer hosszú optikai szálon továbbították az információt.
A kvantumvilágban a világháló feltörése nem marad észrevétlen
Ez azért lényeges, mert a kvantumfizikában az információ alapvetően különbözik a mai számítógépek által tárolt és feldolgozott adategységektől – a bináris számjegyektől -, amelyek a jelenlegi világháló magját alkotják. (A bináris, vagyis kettes számrendszerben a számok 1-esek és 0-ák sorozatából állnak.) A kvantumfizika ezzel szemben a molekulák, az atomok és még kisebb részecskék, például az elektronok és a fotonok tulajdonságai és kölcsönhatásai alapján működik. És ami még fontosabb, a kvantumfizika alapján működő információátadás alapegységei, a kvantumbitek, vagy „qubitek” az információ biztonságosabb továbbításának ígéretét hordozzák, mivel a kvantumfizika részecskéi a megfigyelés és a mérés során megváltoznak. Ez azt jelenti, hogy egy kalózakció sem maradhat észrevétlen.
A szakértők szerint a városokon belül a kvantuminternet már ma is megvalósítható lenne, a nagyobb távolságok áthidalása, vagyis az egymástól távol lévő települések közötti információátvitel a következő lépcső lesz. Az áttörésnek is nevezhető innsbrucki eredmény egy Quantum Internet Alliance, azaz QIA elnevezésű, európai uniós támogatással zajló, európai kutatóintézeteket és vállalatokat tömörítő kutatási projekt része, mely 2026 márciusának végéig tart.
A cél a projekt koordinációját végző Delfti Műszaki Egyetem szakértői szerint nem a hagyományos internet lecserélése, hanem egyfajta együttélés vele. A kvantumfizika egyik kulcsfogalma az amúgy is az összefonódás. Ha két részecske összefonódik, nem számít, milyen messze vannak a térben egymástól, hasonló tulajdonságokkal fognak rendelkezni – például mindkettőnek ugyanolyan „spin” állapota lesz, ami a részecskék forgásirányának kvantumos változata.
A részecskék spin állapota nem egyértelmű, amíg meg nem figyeljük őket. Addig többszörös állapotban vannak, amit szuperpozíciónak nevezünk. Amikor azonban két részecske közül az egyiket megfigyeljük, mindkét részecske spin állapota ismertté válik. Ez a biztonságos kommunikációban hasznos. A kvantumos adatátvitel feltörésekor a kémkedők nyilvánvaló nyomot hagynának hátra kísérletükről azáltal, hogy egy megfigyelt részecske állapotában változást idéznének elő, ami azonnal kitűnik.
Az összefonódás előnyei
A kvantum összefonódás tulajdonságait felhasználva olyan biztonságos kommunikációs eszköz jöhet létre, amely valószínűleg akkor is megbízhatóan őrzi e tulajdonságát, ha a támadó is kvantumszámítógéppel rendelkezik. Ez az úgynevezett Quantum Key Distribution – QKD technológia.
A kvantuminternettel elérhető biztonságos kommunikáció sokkal szélesebb körű alkalmazásokat nyithat meg, amelyek jóval túlmutatnak a klasszikus internet határain. Az orvostudományban például a kvantumfizika olyan szintű időbeli szinkronizálást tesz lehetővé, amely javíthatja a távsebészeti beavatkozásokat. A csillagászati megfigyeléseknél hasonló a helyzet: az egymástól távoli távcsövekkel végzett megfigyeléseknél a kvantuminternet használatával az érzékelők közötti összefonódás révén sokkal jobb kép születhetne az égboltról.
Hasonló előnyök lehetnek például a bankautomatáknál. Ha például egy ATM elromlik és valaki pénzt vesz fel, a gép azt érzékelheti, hogy nem történt készpénzkifizetés, miközben egy másik automata ugyanakkor pénzlehívást regisztrál. A kvantuminternet megszüntethetné ezt a hibát.
A kvantuminternet számos alkalmazása azonban valószínűleg csak a technológia végleges létrehozása után válik majd nyilvánvalóvá. Az azonban biztosnak látszik, hogy e technológia új lehetőségek egész sorát kínálja a világ és az univerzum működésének tanulmányozására.
A továbblépés lényege, hogy sok részecskét lehessen használni egyidőben nagy távolságokon keresztül. Az innsbrucki kutatóknak azt is sikerült elérniük, hogy nem csak egyes részecskék, hanem részecskék egész „szerelvényei” – ez esetben fotonoknak nevezett fényrészecskék – tudtak kommunikálni egymással, ami felgyorsította a kvantumcsomópontok közötti összefonódás sebességét. Ha csak egy-egy fotont lehetne útnak indítani, akkor meg kellene várni az utazási időt, hogy az összefonódás megtörténjen. De ha egyszerre sok fotonból álló „szerelvényeket” lehet létrehozni, akkor ez megnövelheti a kvantumcsomópontok közötti összefonódás sebességét bármilyen kívánt távolságra. A végső cél, hogy a kvantumcsomópontokat akár 500 kilométeres távolságokra is kiterjesszék, és létrehozzák egy olyan kvantuminternet prototípusát, amely képes összekapcsolni távoli városokat – hasonlóan ahhoz, ahogy a klasszikus internet is különböző csomópontokra támaszkodik a globális internet létrehozásához.
Készülnek a kvantumszámítógépek is
A jelenlegi becslések szerint 2029-re bizonyos alkalmazásokban már működhet a kvantuminternet, a szakértők azonban még óvakodnak attól, hogy megkockáztassák, mikorra lesz elérhető a teljes verzió a legkülönbözőbb felhasználási célokra.
Miközben a QIA a kvantuminternet összetevőit és rendszereit fejleszti, Európa a kvantumszámítógépek fejlesztésén is dolgozik. 2023 júniusában az Európai Nagyteljesítményű Számítástechnikai Közös Vállalkozás, (amely az angol kifejezés rövidítésével PPP, magyarul köz- és magánegyüttműködés) bejelentette, hogy hat európai országban, Csehországban, Franciaországban, Németországban, Olaszországban, Lengyelországban és Spanyolországban hamarosan kvantumszámítógépek fognak működésbe állni. A cél az, hogy Európa a kvantumtechnológiák forradalmának élvonalába kerüljön. A kvantumszámítógépek várhatóan soha nem látott számítási teljesítményt nyújtanak majd, és számos felhasználási lehetőséggel rendelkeznek.
A kvantumszámítógépek fejlődése azonban alapvetően változtatja meg az információbiztonság-technológia világát: a kvantumszámítógépek erejével ugyanis feltörhetővé válik számos olyan titkosított információ, amely ma még megfelelően védettnek számít.
Az előrejelzések szerint az évtized végére a leggyakrabban használt kriptográfiai rendszerek felét fel fogják törni, így Európa aligha az egyetlen érdekelt fél, amely ezt szeretné megakadályozni.
Az elmúlt években mind Kína, mind az Egyesült Államok jelentős előrelépéseket tett a kvantumszámítástechnika és a kvantuminternet területén. infrastruktúra terén. Európa ezért más lépéseket is tesz az új korszakra való felkészülés terén. Integrált űrbeli és földi infrastruktúrát fejleszt ki például a biztonságos kommunikációhoz – ez egyfajta építőköve a kvantuminternetnek.
Magyarország is lépett: 2022. július 1-jén lépett hatályba az a törvénymódosítás, amely előírja számos szervezetnek, hogy csak olyan titkosítási módszereket alkalmazhatnak a rendszereikben a különösen érzékeny adatok védelmére, amelyek kvantumszámítógéppel sem törhetők fel sem most, sem a későbbiekben.
