Közép-Európában egyedülálló kvantumprocesszor érkezett az ELTE-re

A közleményben felidézik, hogy az ELTE a Kvantuminformatika Nemzeti Laboratóriumban folyó kutatómunka infrastrukturális háttereként 2021 végén szerzett be egy Közép-Európában egyedülálló, a világ élvonalát képviselő fotonikus processzort. A fotonikus processzorok kulcsfontosságúak mind a kvantumos, mind a fényt használó információfeldolgozási feladatokban.

Mivel a lineáris optikai kvantuminformáció-feldolgozáshoz nagyméretű és alacsony veszteségű programozható fotonikus processzorokra van szükség, a Laboratórium támogatásával az ELTE választása egy egyetemi startup, a University of Twente campusán működő QuiX Quantum univerzális kvantumfotonikus processzorára esett.

A nyalábokra osztott lézersugár interferenciáját mérő műszer a hullámvezetők elrendezése miatt tetszőleges lineáris optikai transzformációt, azaz számítási műveletet tesz lehetővé. A műveleteket a processzorhoz csatlakoztatott hagyományos számítógépen futó program vezérli.

A közlemény szerint az eszköz programozása egy unitér mátrix segítségével történik. A program megbízhatósága mérhető, és az előforduló hibák mintázatai akár gépi tanulási algoritmusok segítségével detektálhatóak. E tudás birtokában az ELTE-n különféle hibajavítási technikákat dolgoznak ki, és a kutató akár egy egyszerű önellenőrzéssel átalakíthatja a mátrixát úgy, hogy a mérési eredmény az elvárthoz a lehető legközelebb legyen.

Mint írják, az új típusú számítógép-architektúrák nem jelentenek gyakorlati megoldást minden számítási problémára, de rendkívül jól használhatók olyan problémák esetén, amelyekhez nagyszámú lehetséges kombináció kiszámítása szükséges. Nagy hatékonyság várható például a gépi tanulás, a kombinatorikus optimalizálás, az adatbázis-keresés, a portfólió-optimalizálás területén. A kiberbiztonság szempontjából fontos alkalmazási lehetőség a véletlenszám-generálás, valamint a nagy számok faktorizációja.

A kvantumos és fotonikus eszközök jelenleg drágák, rossz a hibatűrésük, (bizonyos fajtáik) nagyok, és speciális környezetet igényelnek, ezért a fejlesztési folyamat sikerének zálogai a felhasználóbarát architektúrák és a felhőben való használhatóság, az infrastruktúra megosztása, a hozzáférés biztosítása és a szimuláció.

Az Informatikai Karon Kozsik Tamás és kutatócsoportja által fejlesztett, szabadon hozzáférhető Piquasso szimulátor hatékonyságát tekintve a világ legjobbjai közé tartozik. Az alkalmazás bizonyos számításokban akár négyszer gyorsabb, mint a jelenleg piacvezető szimulátor.

A kvantumszimulátorok a kvantumalgoritmusok futtatására alkalmasak kvantumszámítógép nélkül, így megkönnyítik az algoritmusok tesztelését és a hibakeresést. Jelenleg a szimulátorok kapacitása még jelentősen meghaladja a fizikailag megvalósított kvantumszámítógépekét, de ez a trend hamarosan megfordul.

A magyarországi kvantuminformatikai kutatásokat a Kvantuminformatikai Nemzeti Laboratórium fogja össze. A Laboratórium kutatási eredményei bekerülnek az ELTE oktatási programjaiba. Idén augusztusban pedig várja az érdeklődő hallgatókat és fiatal kutatókat a Posztkvantum Kriptográfia Nyári Egyetem az Informatikai Karon, ahol akadémiai és ipari területről érkező vezető nemzetközi kutatók tartanak majd előadásokat - olvasható a közleményben.