A kvantumszámítógépek világában időről időre felbukkan egy-egy bejelentés, amely azt ígéri, hogy már csak néhány év választ el bennünket egy technológiai forradalomtól. A Microsoft nemrég bemutatott Majorana 2 csipje is ilyen hír lett. A vállalat szerint ez jelentős lépés afelé, hogy akár már 2029-re használható, nagy méretű kvantumszámítógépet építsenek.
A bejelentés azonban heves vitát váltott ki a kutatók között. Az egyik legismertebb kritikus hang a német elméleti fizikus, Sabine Hossenfelder, aki szerint a Microsoft sajtóközleménye jóval többet állít, mint amit a publikált tudományos eredmények jelenleg alátámasztanak.
Ahhoz, hogy megértsük a vita lényegét, először érdemes röviden áttekinteni, hogyan működik egy hagyományos számítógép, és miben különbözik ettől egy kvantumszámítógép.
A ma használt számítógépek bitekkel dolgoznak. Egy bit két állapot valamelyikében lehet: 0 vagy 1. A processzor milliárdnyi ilyen bit segítségével végez műveleteket. Minden szám, kép, videó vagy szöveg végső soron 0-k és 1-ek hosszú sorozataként tárolódik és dolgozódik fel.
A kvantumszámítógép ezzel szemben qubiteket használ. Egy qubit nemcsak 0 vagy 1 lehet, hanem a kvantummechanika szabályai miatt egyszerre részben mindkettő. Ezt nevezzük szuperpozíciónak. Több qubit esetén ráadásul létrejöhet az összefonódás jelensége is, amely során a részecskék állapota szorosan összekapcsolódik.
Ennek köszönhetően bizonyos problémák esetében a kvantumszámítógépek elméletileg sokkal gyorsabban dolgozhatnak, mint a hagyományos gépek. Ilyen lehet például egyes molekulák viselkedésének modellezése, új gyógyszerek fejlesztése vagy speciális optimalizálási feladatok megoldása.
A technológia legnagyobb problémája azonban a zaj. A qubitek rendkívül érzékenyek a környezetükre. Egyetlen apró zavarás, hőhatás vagy elektromágneses kölcsönhatás is tönkreteheti a kvantumállapotot. Ezt dekoherenciának nevezik. A legtöbb vállalat, köztük a Google Quantum AI, az IBM Quantum és az Amazon Web Services Quantum Technologies, szupravezető qubitekkel dolgozik. Ezek működnek, de rendkívül érzékenyek, ezért rengeteg hibajavításra van szükség.
A Microsoft egy másik utat választott. A vállalat úgynevezett topológiai kvantumszámítógépet szeretne építeni. Az elképzelés szerint bizonyos kvantumállapotokat a fizika topológiai tulajdonságai védenének meg a külső zavarásoktól. Ha ez sikerülne, a qubitek sokkal stabilabbak lennének, és kevesebb hibajavításra lenne szükség (tehát egy bizontalan, nem fizikai, de kvantumos állapotot egy fizikai topológiai tulajdonság teszi stabillá? Felettéb érdekes…)
A rendszer alapját a rejtélyes Majorana-részecskékhez kapcsolódó kvantumállapotok adnák. Ezeket még az 1930-as években jósolta meg Ettore Majorana. A kutatók ma sem magukat a részecskéket keresik a laboratóriumokban, hanem olyan kvantumállapotokat, amelyek matematikailag hasonló tulajdonságokat mutatnak (hogy mik azok a Majoranna-részecskék, arról egy másik cikben lesz szó).
A Microsoft szerint a Majorana 2 csip jelentős előrelépést jelent ezen az úton. A vállalat arról számolt be, hogy sikerült nagyságrendekkel növelni a kvantumállapotok élettartamát, és mintegy ezerszeres megbízhatóság-javulást értek el.
Sabine Hossenfelder problémája nem ezekkel az eredményekkel van. Szerinte a Microsoft kutatói valóban érdekes és komoly tudományos munkát végeznek. A gond az, hogy a sajtóközlemények alapján az olvasó azt hiheti, hogy a cég már működő topológiai qubitekkel rendelkezik, miközben a publikált tanulmányok ezt nem bizonyítják egyértelműen.
Hossenfelder szerint a Microsoft két különálló dolgot mutatott be. Egyrészt vannak olyan topológiai jellegű kvantumállapotok, amelyek ígéretesek. Másrészt vannak olyan qubitek, amelyek bizonyos mérésekben jól viselkednek. A döntő kérdés azonban az, hogy sikerült-e valódi topológiai qubitet létrehozni, vagyis a kettőt egyetlen működő rendszerben egyesíteni.
A fizikus szerint erre jelenleg nincs meggyőző bizonyíték.
A mostani publikáció egyik fontos eredménye például az, hogy az eddig használt alumínium helyett ólmot alkalmaztak egyes szupravezető rétegekben. Az ólom nagyobb szupravezető energiarése miatt hosszabb ideig maradhat fenn a kvantumállapot. Ez valóban hasznos fejlesztés, de önmagában még nem bizonyítja a topológiai qubit működését.
Hossenfelder kritikája tehát nem az, hogy a Microsoft tévedne vagy csalna. Sokkal inkább az, hogy a vállalat kommunikációja szerinte túl messzire megy a tudományos eredményekhez képest.
A helyzetet egy egyszerű hasonlattal lehet érzékeltetni. Ha valaki azt állítja, hogy megépítette a világ első lebegő antigravitációs autóját, majd bemutat egy motort és egy remek karosszériát, az valóban figyelemre méltó eredmény. De amíg senki sem látta a járművet repülni, addig nem bizonyított, hogy valóban lebegő autóról van szó.
Sabine Hossenfelder szerint jelenleg valami hasonló történik a Majorana-program esetében is. A Microsoft kutatásai továbbra is a kvantumszámítástechnika egyik legizgalmasabb területét jelentik. Ha a topológiai megközelítés valóban működik, az alapjaiban változtathatja meg az egész iparágat. A kérdés csupán az, hogy a vállalat már elérte-e ezt a célt, vagy még mindig csak az odavezető úton halad. A tudományos közösség jelentős része jelenleg az utóbbit tartja valószínűbbnek. Emiatt a Majorana 2 egyszerre tekinthető ígéretes kutatási eredménynek és egy olyan bejelentésnek, amelynek legmerészebb állításait még nem sikerült egyértelműen igazolni (elnézést, de nekem se a ccip jut eszembe róla, hanem a fűszernövény…)
