A kvantumszámítógépek alapígérete, hogy a kvantummechanika törvényei révén exponenciálisan felülmúlják a klasszikus számítógépeket. De mi van, ha ennek az állításnak az alapja hibás?
Egy friss, a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent tanulmányban Tim Palmer, az Oxfordi Egyetem fizikusa egy kisebb módosítást javasol a kvantumelmélet matematikai alapjaiban. Az általa „racionális kvantummechanikának” nevezett keretrendszer gyakorlatilag felső korlátot szabna a kvantumhardver kapacitásának. Ha ez az elgondolás igazolódik, akkor a kvantumszámítási kapacitás nem nőhet a végtelenségig. Ez jelentősen csökkentené az e technológiával kapcsolatos lelkesedést – vagy éppen félelmeket. Például kevésbé jelentenének fenyegetést az RSA-titkosítási rendszerekre, amelyek ma a legtöbb adat védelmét biztosítják, annak ellenére, hogy sokan állítják: a kvantumszámítógépek képesek lesznek feltörni őket.
Ambiciózus felvetés
Fontos azonban hangsúlyozni: mindez egy nagy „ha”. A kvantummechanika ugyanis a tudomány egyik legsikeresebb elmélete. Bár még sok mindent nem értünk a kvantumvilágban, merész lépés azt állítani, hogy az elmélet módosításra szorul.
Palmer ezt elismeri, de úgy véli, hogy bizonyos matematikai elemek finomhangolása közelebb vihet a valóság pontosabb leírásához. Ráadásul elképzelése akár a következő öt évben, már létező kvantumtechnológiákkal is tesztelhető lehet. Kutatása középpontjában a Hilbert-tér áll – az a matematikai vektortér, amelyben a kvantumrendszerek állapotait leírják. A klasszikus fizikához képest a kvantummechanika „sokkal inkább függ a valós számok folytonosságától… [de] a természet idegenkedik a folytonosságtól” – fogalmaz Palmer.
A javaslat lényege
A hagyományos kvantummechanikában a Hilbert-tér dimenzióinak száma exponenciálisan nő a qubitek számával. Ez az exponenciális skálázódás teszi lehetővé a kvantumszámítógépek ígért teljesítményét, például Shor algoritmusát, amely hatalmas számok faktorizálását sokkal gyorsabban végzi, mint a klasszikus gépek.
Palmer elképzelése szerint azonban a fizikai tér inkább diszkrét elemekből áll, nem folytonosból. A „racionális” kvantummechanika ezt a diszkrét szemléletet alkalmazza, aminek következtében a kvantumállapot információtartalma csak lineárisan nő a qubitek számával.
„Egy bizonyos számú összefonódott qubit fölött egyszerűen nincs elegendő információ a kvantumállapotban ahhoz, hogy a Hilbert-tér minden dimenziójához akár egy bit információt rendeljünk” – magyarázza Palmer. „Amikor ez bekövetkezik, azok a kvantumalgoritmusok, amelyek a teljes Hilbert-teret kihasználják, elveszítik előnyüket a klasszikus algoritmusokkal szemben.”
A tanulmány szerint ez a határ körülbelül 1000 qubitnél jelentkezik. Ez lényegesen alacsonyabb, mint az a becsült ~4099 qubit, amelyre az RSA-titkosítás feltöréséhez lenne szükség. Vagyis a kvantumszámítógépek már jóval azelőtt „kifulladnának”, hogy elérnék azt a skálát, ahol valóban veszélyt jelentenének.
A bizonyítás terhe
Bár izgalmas felvetésről van szó, a racionális kvantummechanika továbbra is erősen spekulatív. Csak az idő és a kritikai vizsgálat fogja megmutatni, hogy ez az elképzelés mennyiben – ha egyáltalán – képes jobb vagy rosszabb irányba változtatni a dolgokat. A cikkben Palmer egy olyan kísérleti tesztet javasol, amely során sok qubitet fonnának össze egy meghatározott algoritmus szerint, majd megvizsgálnák, mutatkoznak-e teljesítményromlásra utaló jelek.
Ugyanakkor a kvantummechanika továbbra is az egyik leginkább empirikusan alátámasztott elmélet. Palmernek igaza van abban, hogy a Hilbert-tér inkább egyfajta „idealizáció”, ahogy azt a nyilatkozatában is megfogalmazza, azonban eddig nem születtek olyan kísérleti eredmények, amelyek az általa javasolt diszkrét fizikai tér létezésére utalnának.
Az új elképzelést azonban nem érdemes azonnal elvetni – a kvantumfizikában gyakran éppen a váratlan ötletek vezetnek előrelépéshez. Ugyanakkor az ilyen nagyszabású állításokhoz komoly bizonyítékok szükségesek. Ha ez az elmélet kísérletekkel bizonyítható, az jelentős hatással lehet a kvantumszámítás jövőjére.
Forrás: https://gizmodo.com/
