Kvantuminformatikai modullal nyit az SZTE Fizikai Intézete a kvantumtechnológia irányába

A kvantumszámítástechnika alkalmazásairól vezettek be választható modult a Szegedi Tudományegyetem TTIK Fizikai Intézetének fotonikai-mérnöki mesterszakján. A Kvantumoptika és kvantuminformatika nevű modul a tárgy kutatás-fejlesztési eredményeivel ismerteti meg a hallgatókat és idővel az SZTE saját kutatásaihoz is keretül szolgálhat.

Kvantuminformatikai modullal nyit az SZTE Fizikai Intézete a kvantumtechnológia irányába

A terület alapfogalmairól Dr. Földi Péter egyetemi tanár, az Elméleti Fizikai Tanszék vezetője és Dr. Trényi Róbert egyetemi adjunktus, a tanszék kvantumkommunikációval foglalkozó kutatója válaszolt kérdéseinkre.

A klasszikus számítástechnikában az információ alapvető egysége a bit, amely csak 1 vagy 0, igen vagy nem állapotot vehet fel. Olyan ez akár az érmefeldobás: vagy fej vagy írás lesz a vége, és egyértelmű, hogy csak fej, vagy csak írás lehet. A kvantuminformatika alapegysége, a qubit vagy kvantumos bit ennél sokkal rugalmasabb, számára ezzel szemben bármilyen köztes pozíció is lehetséges, úgynevezett szuperpozícióban is létezhet. 

Hogyan lehet számításra használni vagy egyáltalán megfogalmazni ilyen bizonytalanság közepette a qubitet? Trényi Róbert szerint a qubit állapotának megjelenítéséhez és megértéséhez a Bloch-gömbnek nevezett matematikai koncepció a legszemléletesebb:

- A klasszikus bit a gömb északi, vagy déli pólusát foglalhatja el. A kvantumos bit állatának leírásához ezzel szemben az egész gömbfelület szükséges. Például az Egyenlítőn a pólusok egyenlő súlyú szuperpozíciójai találhatók. Ez „végtelenszer” több lehetőség, mint a klasszikus bit esetében. Ezért elvben egy qubit sokkal több információt tud tárolni, mint egy klasszikus bit. Fontos megjegyezni, hogy bizonyos mérések során ez a szuperpozíció összeomlik, a rendszer végül bekerül a pólusoknak megfelelő állapotok egyikébe.

Ahogyan a klasszikus számítástechnika feszültségszinteket használ hardverében az információ fizikai tárolásához, a kvantumtechnológia is valós fizikai objektumokat használ a qubitek megvalósításához.8

- A megfelelő hardver létrehozása a kvantumszámítás kihívásokkal teli része, hiszen a qubitek állapotai nagyon érzékenyek a környezeti hatásokra. Egy kvantumos algoritmus megvalósításának első lépése, hogy megmondjuk milyen platformot használunk a qubitek megvalósításához. A qubit hordozására olyan fizikai rendszerek alkalmasak, amelyeknek legalább két jól elkülöníthető állapota van. Ilyen például a foton két egymásra merőleges polarizációja, a csapdázott ionok különböző elektronállapotai vagy szupravezető áramkörök esetén („superconducting circuits”) például lehet a cirkuláló áram iránya („flux qubit). Mindegyik platformnak megvan a maga előnye és hátránya. Ez lesz a hardver, ezen kell inicializálni a qubiteket, amiken majd az adott algoritmushoz tartozó kvantumos kapukat megvalósítják (egy, illetve két qubites kapukat is) – mondja Földi Péter, aki a 2000-es években az Antwerpeni Egyetemen folytatott kvantuminformatikai kutatást, és ennek nyomán publikálta, hogy az elektron spinjén egybites kvantumos logikai kapuművelet valósítható meg.

A kvantumszámtógépek algoritmusai vagy „áramkörei” tehát elemi műveletekből, más néven kvantumos logikai kapukból építhetők fel. A hagyományos informatikában is vannak logikai operátorok, ilyen például az és és a vagy. E klasszikus logikai kapuk és a belőlük építhető körök mintájára kvantumos kapuk és áramkörök is tervezhetők. A kvantumszámítógép a kvantumfizika alapvető törvényszerűségeit, a szuperpozíciót és az összefonódást használja ki a számításnál. Ezeket az egymás után helyezett kvantumos kapuk teremthetik meg a qubitek között.

A hardver törékenységének fő oka, hogy a qubitek kvantumállapotait atomi méretű valós fizikai rendszerek tárolják, ezek azonban nagyon érzékenyek a környezeti hatásokra, amik következtében nemkívánt módon megváltozhatnak. Ilyenkor tehát megváltozhat az az állapot, amiből a számítás eredményét nyernénk, vagyis hibás eredményt kaphatunk. A zaj elleni védekezés az egyik fő technikai kihívás egy teljes értékű kvantumszámítógép megvalósításához. 

– A qubitek mindig terheltek valamekkora zajjal, sőt általában maguk az áramkört felépítő kapuk is zajosak. Hasznos számításokhoz viszont sok kapura és qubitre van szükségünk, ezért bonyolultabb áramkörök esetén még kritikusabbá válhat kis kezdeti zaj hatása is. Ezzel szemben a klasszikus informatikában „csak” annyi hiba származhat, hogy akaratunk ellenére nullából egybe ugrik a bit. Bonyolítja a hibák javítását a kvantumos esetben, hogy egy qubit viszont nullából bármilyen más állapotba is kerülhet – mondja Trényi Róbert.

Gyakran emlegett példa ilyen feladatra a faktorizálás, vagyis a prímtényezőkre bontás művelete, amellyel nagy egész számok esetében a hagyományos szuperszámítógépek sem boldogulnak. A jelenleg elterjedt RSA-titkosítás éppen azon a feltételezésen alapszik, hogy hatékonyan nem tudunk nagyon nagy számokat faktorizálni. Egy teljes értékű, sok qubitet kezelő kvantumszámítógép viszont a Shor-féle algoritmussal rendkívül gyors lehet a faktorizálásban, ezért az RSA-titkosítás feltörhetővé válhat vele. Trényi Róbert szerint ezzel a veszéllyel nemcsak a kvantumszámítás, de a klasszikus számítási kapacitások fejlődése is fenyeget. Ezért a kvantumkommunikáció egyik alfaja, a kvantumos kulcselosztás máris foglalkozik egy feltörhetetlen módszer kidolgozásával.
 
Földi Péter a Kvantumoptika és kvantuminformatika modulról azt mondja: kisebb lépésekben érdemes elkezdeni a diszciplína bővítését az egyetemen, hogy aztán a kvantumtechnológia fejlődésével szélesíthető legyen a képzés. Eddig az volt a szokás, hogy a kvantuminformatikára olyan kutatók nyergeltek át, akik korábban kvantumoptikát tanultak. Trényi Róbert is az SZTE Fizikai Intézetében végzett, és itt kvantuminformatikai bevezető kurzus jó alapot nyújtott későbbi kutatási területéhez, a kvantumkommunikációhoz..

A kvantuminformatikai modult választó hallgatók először is megismerkednek a „foton” fogalmával, azaz betekintést nyernek a fény részecsketermészetét is figyelembe vevő kvantumos leírásba. Ezzel az elmélettel magyarázhatók azok az úttörő kísérletek, amelyek először igazolták a kvantumos információfeldolgozás alapelveit, és a jelenleg már kereskedelmi forgalomban is elérhető kvantumkommunikációs eszközök, titkosító berendezések is a fotonokon alapulnak. A modul a fizikai háttér megismertetése után a kvantuminformatika alapjaiba is bevezeti a hallgatókat.

A Kvantumoptika és kvantuminformatika modult magában foglaló fotonikai mérnök mesterképzési szak 2024 őszén indult és elsősorban a lézeres kutatás-fejlesztésre készíti fel a hallgatókat. Földi Péter szerint a szakot plusz megkívánt órák felvétele nélkül választhatják a fizikus és a fizikus mérnök alapszakokon végzett hallgatók, és az SZTE más természettudományi alapszakjairól is érkezhetnek hallgatók. A kurzusokhoz a lineáris algebra, valamint az alapvető kvantummechanikai törvények ismeretére van szükség. Földi Péter szerint a fizikai tudásanyag az optikából indul ki, mivel a kvantumszámítógép-platformok egy része is a fény-anyag kölcsönhatáson alapul. A mesterszakon a kvantumoptika mellett nanofotonika, biofotonika és ultragyors fotonika modul is választható. https://www.physx.u-szeged.hu/oktatas/kepzeseink/uj-szakunk-fotonikai

Utánajártunk a legendának: tényleg majdnem annyiba kerül egy felújítandó lakás, mint egy jó állapotú?

A magyar lakáspiac fékezhetetlen áremelkedése nyomán több piaci anomália is kezd kialakulni, ezek egy része valóban létező tendencia, más részük viszont inkább a városi legenda kategóriája. Az egyik ilyen egyre többet emlegetett vélemény, hogy a már majdnem annyiért lehet felújítandó lakást venni, mint jó állapotút.
2025. 05. 01. 11:00
Megosztás:

Jövőre már központilag nyújthatják be a multik a globális minimumadó bevallását

A közelmúltban uniós szinten elfogadott, közigazgatási együttműködésről szóló DAC9 irányelv („Directive on Administrative Cooperation”) a Magyarországon működő multinacionális vállalatcsoportok számára egyszerűbbé teszi a globális minimumadóval („GloBE”) kapcsolatos adminisztratív kötelezettségek teljesítését. A megállapodás továbbá szorosabb együttműködést és gördülékenyebb információcserét is megkövetel az EU-s adóhatóságoktól. A legfontosabb kérdésekben Szadai András adótanácsadó, a WTS Klient üzletágvezető partnere segít eligazodni.
2025. 05. 01. 10:00
Megosztás:

A dolgozók háromnegyede szerint a munkája egy része automatizálható lenne

Az automatizáció már nemcsak a gyártósorokon, hanem a hétköznapi irodai munkakörökben is egyre több feladatot képes ellátni, a mesterséges intelligencia pedig egyre összetettebb folyamatok elvégzésére képes. De valós félelem lehet az, hogy az új megoldások elveszik a munkahelyeinket? A szakértő szerint a válasz egyszerre igen és nem.
2025. 05. 01. 09:00
Megosztás:

Globális iránymutatás a zöld állítások jogszerű használatáról

Nyílt levélben nyújtott tanácsokat a világ fogyasztóvédelmi hatóságait tömörítő nemzetközi hálózat (ICPEN) a divat és textilipar szereplőinek. A levél – melyet többek között a Gazdasági Versenyhivatal (GVH) is aláírt – célja, hogy elősegítse az iparágban használt fenntarthatósági és zöld állítások átláthatóságát, ezen keresztül pedig kedvezőbb döntési pozícióba helyezze a fogyasztókat. A GVH évek óta kiemelt figyelmet fordít a zöld állítások kérdéskörére, több tájékoztató anyaggal is segíti a jogkövető vállalkozásokat a megfelelő gyakorlatok alkalmazásában.
2025. 05. 01. 07:00
Megosztás:

Idén 5,974 milliárd forint osztalék kifizetését javasolja a Budapesti Ingatlan Nyrt.

Idén 5,974 milliárd forint osztalék kifizetését javasolja a Budapesti Ingatlan Hasznosítási és Fejlesztési Nyrt. igazgatótanácsa a közgyűlésnek – olvasható a Budapesti Értéktőzsde (BÉT) honlapján szerdán közzétett beszámolóban.
2025. 05. 01. 06:00
Megosztás:

Bérfejlesztéssel és létszámbővítéssel erősít a Continental Dohányipari Csoport

A Continental Dohányipari Csoport 2025-ben is folytatta a munkavállalóit támogató kezdeményezéseket: a cégcsoport február 1-jétől 10 százalékos bérfejlesztést hajtott végre, mely meghaladta az éves infláció mértékét. A bérfejlesztés kiterjedt a cafeteria juttatási rendszerre is, amely keretösszege 9%-kal emelkedett. Emellett a társaság márciusban zárta éves teljesítményértékelési rendszerét, amelynek eredményeként a munkatársak átlagosan egyhavi bónuszban részesültek.
2025. 05. 01. 05:00
Megosztás:

A CSOK Plusz igénylőknek keresztbe tehet Navracsics terve

Egy törvénytervezet alapján a helyi önkormányzatok dönthetnek arról, hogy kik költözhetnek az adott településre. Ezt mindenképpen figyelnie kell azoknak, akik lakástámogatás felhasználásával szeretnének házat vásárolni, hiszen ott elvárás, hogy az adott ingatlanban éljenek legalább 10 évig életvitelszerűen.
2025. 05. 01. 04:00
Megosztás:

A Libri-csoport megvásárolta az Édesvíz Kiadót

A Libri-csoport megvásárolta az Édesvíz Kiadót, a felvásárlás stratégiai célt szolgál, amely szerint a csoport fejlesztés és terjeszkedés révén törekszik a hosszú távú stabilitásra - közölte a Libri szerdán az MTI-vel.
2025. 05. 01. 03:00
Megosztás:

Ismét lejtőn a magyar gazdaság: negatív GDP adat érkezett

A KSH ma reggel tette közzé az első negyedéves GDP-re vonatkozó első gyorsbecslését. A tényadat újabb kellemetlen meglepetést hozott. Negyedéves összehasonlításban a várt minimális növekedéssel szemben 0,2 százalékkal ismét visszaesett a magyar gazdaság. Éves összehasonlításban a nyers adatok szerint stagnált, míg a szezonálisan és naptárhatással kiigazított és kiegyensúlyozott adatok szerint 0,4 százalékkal csökkent a gazdaság teljesítménye január-márciusban.
2025. 05. 01. 02:00
Megosztás:

Visszatértek a vásárlóka nyaralópiacra - Akad vízparti település a balatoni ár harmadáért

A lakáspiachoz hasonlóan a nyaralópiac is erősödő pályára állt az idei év első négy hónapjában – derül ki az ingatlan.com elemzéséből, amely a nyárias időt ígérő hosszú hétvége apropóján bemutatja a Balaton, a Velencei-tó és a Tisza-tó környékén jellemző keresletet és árakat is.
2025. 05. 01. 01:00
Megosztás:

A Duna House több mint 870 millió forintot fizet ki osztalékként

A Duna House 874,345 millió forint osztalékot fizet, amelyből a törzsrészvényekre 750 millió forint, részvényenként 21,81 forint, a dolgozói részvényekre pedig 124,345 millió forint jut - közölte a társaság a Budapesti Értéktőzsde (BÉT) honlapján szerdán, az éves rendes közgyűlését követően.
2025. 05. 01. 00:05
Megosztás:

Az AKKO Invest nem fizet osztalékot az idén

Az AKKO Invest nem fizet osztalékot az idén, a nyereséget eredménytartalékban tartják a növekedési tervek megvalósítása érdekében – közölte a társaság szerdán az MTI-vel.
2025. 04. 30. 23:00
Megosztás:

A Gránit Bank a szektorátlagot meghaladóan a növekedett 2024-ben

A Gránit Bank az előző évek tendenciáját folytatva 2024-ben is a szektorátlagot meghaladó növekedést ért el. A mérlegfőösszeg 3,5-szer nagyobb mértékben emelkedett, mint a bankszektor átlaga, és 15 év alatt 229-szeresére bővült - közölte a pénzintézet az MTI-vel szerdán.
2025. 04. 30. 22:30
Megosztás:

1,2 millió nőnek járhat az adómentesség

A 2,2 millió dolgozó nő közül körülbelül 1,2 milliónak járhat az adómentesség - jelentette ki Szalai Piroska miniszterelnöki megbízott szerdán az M1 aktuális csatornán.
2025. 04. 30. 21:00
Megosztás:

Kedvezőtlen fordulat az USA-ban

Tőzsdenyitás előtt tette közzé gyorsjelentését a Caterpillar, ami alapján mind az árbevétel, mind a nyereség alulmúlta a várakozásokat.
2025. 04. 30. 20:00
Megosztás:

Kiderült, hová utazunk a május 1-jei hosszú hétvégén

Tovább tombol a tavaszi üdülési hullám, tömegek kelnek útra a május 1-jével kezdődő négynapos hosszú hétvégén a Szallas.hu adatai szerint. A magyar vendégek fele legfeljebb 70 ezer forint értékben foglal szállást belföldön erre az időszakra. Áprilisban az online fizetések összértékének csaknem 30 százalékát fizették SZÉP-kártyával a Szallas.hu oldalán. Tarolnak a két-három éjszakás pihenések, a legvonzóbb úti cél Eger mellett Budapest, Pécs és Nyíregyháza.
2025. 04. 30. 19:30
Megosztás:

Nagy Márton: a 100 új gyár programot 150-re emeljük, a beruházások listáját hamarosan közzétesszük

A Központi Statisztikai Hivatal adatai alapján 2025 első negyedévében a magyar gazdaság a korábban vártnál kedvezőtlenebbül teljesített. Az előző év azonos időszakához képest a nyers adatok szerint a GDP azonos szinten maradt, míg a megelőző negyedévhez viszonyítva a magyar gazdaság teljesítménye a kiigazított adatok szerint 0,2 százalékkal maradt el.
2025. 04. 30. 19:00
Megosztás:

Vártnál magasabb infláció, alacsonyabb növekedés Spanyolországban

A tegnap délelőtt közzétett előzetes áprilisi adatok alapján a harmonizált inflációs mutató 2,2%-on stagnált Spanyolországban, míg a várakozás 2,0% volt.
2025. 04. 30. 18:30
Megosztás:

Mi ez a nagy tőzsdei emelkedés, amikor semmi sem indokolja?

Mindenki – nem meglepő módon – azon mereng, hogy mi ez a „nagy” erő az amerikai rézvénypiacokon. A Marketwatch egyik szerzője, Joy Wiltermuth szerint az lehet mögötte, hogy már kieste magát a piac (mekkora egy hülyeség - a szerk.).
2025. 04. 30. 18:00
Megosztás:

Nehéz az ipar

Tőzsdenyitás előtt tette közzé gyorsjelentését a Caterpillar, ami alapján mind az árbevétel, mind a nyereség alulmúlta a várakozásokat.
2025. 04. 30. 17:30
Megosztás: