Lassan újabb területen avathatunk kínai bajnokot: ez a kvantumtechnológia

A technológia folyamatos és gyors fejlődésével az országoknak is lépést kell tartaniuk, így nem csoda, hogy eddig szinte alig hallott, ám stratégiainak nyilvánított megoldásokról beszélhetünk. Az Egyesült Államok és Kína között az egyre egyértelműbbé váló hidegháború 2.0 környezetében az elektromos autók és a chipgyártás után ilyen újonnan meghatározott stratégiai terület a kvantumtechnológia. Igaz, hogy ezen belül sok minden még fejlesztés alatt áll, de a távol-keleti kutatók gyors előrehaladást értek el, és a kvantumtechnológiák jelentős szereplői lettek. 

 Mik azok a kvantumtechnológiák? 

A kvantumtechnológiák három fő területre csoportosíthatók, ezek az érzékelés, a kommunikáció és a számítástechnika. 

 Kvantumérzékelés: A kvantumérzékelés területén a kutatók olyan ultraérzékeny eszközök kifejlesztésére törekednek, amelyek képesek a mozgás és az elektromágneses mezők apró változásainak mérésére. Ezek soha nem látott pontosságot biztosíthatnak az orvosi képalkotás és diagnosztika, a navigáció, a radar, a geofizika és sok más területen. 

 Kvantumkommunikáció: A kvantumkommunikáció ultragyors és rendkívül biztonságos adatátvitelt ígér. A hagyományos elektronikában az adatokat általában titkosítják, majd bitek formájában küldik el. A kvantumbitek (qubit) azonban olyan szuperpozíciós állapotban továbbíthatók, amelyben egyszerre képviselhetik az 1 és a 0 kombinációit.   

Kvantum-számítástechnika: A három terület közül a leginkább átalakítónak ígérkezik. A kvantumkommunikációs eszközökhöz hasonlóan a kvantumszámítógépek is kihasználják a szuperpozíció tulajdonságait, ami egyszerre több számítást tesz lehetővé. Elméletileg az elegendő qubittal felszerelt kvantumkomputerek képesek komplex számításokat végezni, még a ma használatban lévő legfejlettebb szuperszámítógépeknél is exponenciálisan gyorsabb sebességgel.  

Bár ezek a technológiák rendkívül ígéretesek, a fejlettebb képességek közül sok még mindig nagyrészt K+F-munkára korlátozódik. Ezért 

 Mit akar Kína? 

 A kvantumtechnológiák kezdetleges állapota ellenére a bennük rejlő potenciális lehetőségek felkeltették a kínai döntéshozók figyelmét. Az ottani kormány 2021-ben a kvantumtechnológiát beemelte legújabb nemzetgazdasági tervébe, a 14. ötéves tervbe, és hat másik élvonalbeli területtel együtt felsorolta azokat, amelyeket az elkövetkező években prioritásként kell kezelni. 2012 óta több mint a duplájára nőttek a K+F-re fordított kínai kiadások. 

1. ábra. Adatok forrása: CSIS China Power Project; OECD Készítette: Mihálovics Zoltán  

 A kínai kormány egy 2017-es, Új generációs mesterséges intelligencia fejlesztési tervében megfogalmazta azokat a reményeket, hogy a kvantum-számítástechnika a gépi tanulási algoritmusok teljesítményének fokozásával előrébb viheti a mesterséges intelligencia képességeit. A remények szerint   

Kínában azzal is tisztában vannak, hogy a kvantumtechnológiáknak jelentős biztonsági és katonai alkalmazásai vannak. A 2017-ben kiadott 13. ötéves terv a tudomány és a technológia katonai-polgári fúziójának fejlesztéséről tartalmazza a kvantumkommunikációt és -számítást a kiemelt stratégiai technológiák listáján. 

Az Egyesült Államokban a Biden-adminisztráció lépéseket tett a veszélyre való felkészülés és az ország saját kvantumképességeinek megerősítése érdekében. Az USA Kereskedelmi Minisztériumának Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézete négy új titkosítási algoritmust azonosított, amelyet be kell építeni a tárca biztonsági szabványaiba, és amelynek ellenállónak kell lennie a kvantumszámítógépekből származó hackerekkel szemben.  

Más kvantumtechnológiáknak is lehetnek további alkalmazásai a katonai területen.   

Kína nincs egyedül a katonai és biztonsági célú kvantumtechnológiák kutatásával. Az Egyesült Államok haditengerészete és légiereje is létrehozott kvantumkutató központokat azzal a céllal, hogy az új technológiával felszerelt gyorsabb fenyegetések felderítésére és elhárítására képes erőket hozzanak létre.   

Dilemma: állam vagy magánszektor? 

Az ázsiai nagyhatalom a kvantumtechnológiák finanszírozása és a K+F végrehajtása terén az állam által irányított megközelítést alkalmazza. Ez szöges ellentétben áll az Egyesült Államok és más vezető kvantumtechnológiai szereplők megközelítésével, ahol jellemzően a magánszektor dominál.  

A kínai kormány jelentős összegeket fektetett be a kvantumtechnológiák fejlesztésébe. A meglévő tanulmányok úgy vélik, Peking messze vezet a kormányzati kiadások terén. A McKinsey becslése szerint 2022-re a kínai kormány 15,3 milliárd dollárnyi támogatást jelentett be, ami majdnem kétszerese az Európai Unió (8,4 milliárd) és több mint háromszorosa az Egyesült Államok (3,7 milliárd) támogatásának. 

2. ábra. Adatok forrása: CSIS China Power Project; McKinsey & Company Készítette: Mihálovics Zoltán  

Ezzel szemben Kína a magánszektor beruházásaiban elmarad. A McKinsey becslései szerint 2001 és 2022 között az ottani kvantumos startupok mindössze 482 millió dollárt kaptak a magánszektorból. Ez töredéke az Egyesült Államok magánszektorbeli befektetéseinek, amely a nem kormányzati forrásokból származó 3,3 milliárdos becsült összeggel világelső volt. 

A Nemzeti Védelmi Technológiai Egyetem fontos szereplő, amely az 1990-es évek óta végez kutatásokat a kvantumkommunikációs technológia területén. 2001-ben Kína létrehozta a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetemen (USTC) a Kvantuminformáció Kiemelt Laboratóriumát, amely az ország legfontosabb kvantumkutatással foglalkozó intézménye.  

Ahogy az USA felkészült a Kínával való versenyre a kulcsfontosságú technológiák területén, úgy nőttek a kormány által vezetett kezdeményezések és a kvantumtechnológiával kapcsolatos K+F-támogatás mértéke. A kongresszus 2018-ban elfogadta a National Quantum Initiative Actet, hogy felgyorsítsa a kvantumkutatást és -fejlesztést az USA gazdasági és nemzetbiztonsági érdekei védelmében. 

Kvantumszámítógép 

Forrás: shutterstock  

Hogy áll Kína? 

Az ázsiai nagyhatalom az elmúlt években lenyűgöző előrelépéseket tett a kvantumtechnológiák terén. Míg a kvantumérzékelésben nem különösebben tűnt ki, a kvantumkommunikáció terén széles körben világelsőnek tekintik. Ami a kvantumszámítást illeti, Kína bizonyos szempontból elmarad a világelső USA mögött, de a tudósai figyelemre méltó eredményeket értek el, és gyorsan haladnak előre.  

Egyes jelentések szerint Peking tengeralattjárók felderítésére szolgáló kvantummérőkön dolgozik,   

Az ázsiai nagyhatalom a kvantum-számítástechnika terén is vezető szerepre törekszik. 2021-ben Kína lett a harmadik ország – Kanada és az USA után –, amely egy teljes, hazai gyártású kvantumszámítógépet fejlesztett ki. Azóta pedig újabbnál újabb kvantumszámítógépeket és -processzorokat hozott létre. Az idén májusban lépett működésbe Kína 176 qubitből álló processzora, a Zuchongzhi, amely az ország legnagyobb számú qubitből álló kvantumprocesszora lett. 

A szabadalmak azonban hasznos mutatói annak, hogy mely államok vagy cégek vezetnek bizonyos területeken.  

Mit mutat a szabadalmak száma? 

Egy tanulmány szerint a Kínai Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala (CNIPA) 2010 és 2022 között 1554 kvantumkommunikációs szabadalmi bejelentést kapott. Ez majdnem a duplája az USA Szabadalmi és Védjegyhivatalához (USPTO) és négyszerese a japán szabadalmi hivatalhoz benyújtott kérelmek számának.  

Más kép rajzolódik ki, ha a kvantum-számítástechnika alkalmazásait vizsgáljuk. A CNIPA 2010 és 2022 között alig több mint 900 kvantum-számítástechnikai szabadalmi kérelmet kapott – kevesebb mint feleannyit, mint az USPTO. Mégis, a kínai hivatal kétszer annyi kvantum-számítástechnikai kérelmet kapott, mint Japán, és jóval többet, mint más szabadalmi hivatalok.  

3. ábra. Adatok forrása: China Power Project; European Patent Office Készítette: Mihálovics Zoltán  

Az Európai Szabadalmi Hivatal 2023-as tanulmánya szerint a kvantum-számítástechnika területén a nemzetközi szabadalmak tekintetében csak egyetlen kínai vállalat, az Alibaba került az első 20 szervezet közé. Ehhez képest az amerikai cégek és egyetemek a top 20-as lista felét tették ki, az IBM pedig 401 nemzetközi szabadalomcsaláddal az első helyen végzett. Japánban öt vállalat is megtalálható a top 20-ban, a Toshiba/Nuflare Technologies pedig a második helyen végzett.  

 Még a szabadalmak sem adnak teljes képet. Kína nagyszámú szabadalmi bejelentése nem tükrözi pontosan az ország valódi teljesítményét, mivel az ottani szabadalmi számadatokat felduzzasztják a meglévőkhöz képest marginális technológiai különbségeket mutató szabadalmak bejelentése.    

Ami igazán fontos: a kutatási cikkek száma  

Az országok összehasonlítására szolgáló alternatív mérőszám a kutatási cikkek publikálása.   

 2011 és 2020 között több mint 14 000 publikációt tett közzé a kvantumtechnológiáról. Bár a mennyiség fontos, a publikációk minőségének értékelése is figyelemre méltó. Ehhez gyakran használják a Hirsch-indexet (H-index). Ez egyrészt az adott szervezet által publikált kutatási cikkek, másrészt a kutatásra tett hivatkozások számát méri.  

A kvantumkommunikáció területén 2018 és 2022 között Kína 48-as H-index-pontszámmal világszinten az első helyen áll. Az USA szorosan mögötte következik 43-mal. Az ázsiai ország azonban a kvantumérzékeléssel kapcsolatos kutatásokban kissé, a kvantum-számítástechnikaikban pedig még inkább lemarad. Ez utóbbi terén az Egyesült Államok állt a legelőkelőbb helyen 91-es H-indexszel, ami majdnem kétszerese Kína 52-es értékének. 

4. ábra. Adatok forrása: CSIS China Power Project; Australian Strategic Policy Institute Készítette: Mihálovics Zoltán  

5. ábra. Adatok forrása: CSIS China Power Project; Australian Strategic Policy Institute Készítette: Mihálovics Zoltán  

6. ábra. Adatok forrása: CSIS China Power Project; Australian Strategic Policy Institute Készítette: Mihálovics Zoltán  

Konklúzió – Kína fejlődése folyamatos  

Összességében az ázsiai nagyhatalom kvantumképességei folyamatosan fejlődnek. A Biden-adminisztráció több lépést is tett annak érdekében, hogy korlátozza egyes technológiák kínai fejlesztését, amelyek az USA nemzetbiztonságát fenyegetik. 2022 októberében az Egyesült Államok a fejlett félvezetők és chipgyártó berendezések tekintetében exportellenőrzést rótt ki Kínára, emellett sikeresen szorgalmazta, hogy kulcsfontosságú szövetségesei – nevezetesen Japán és Hollandia – csatlakozzanak Kína chiptechnológiákhoz való hozzáférésének korlátozásához – ami a nemzetköz színtéren beinduló blokkosodás újabb iskolapéldája.  

A hidegháború 2.0 kontextusában a kvantumtechnológiák újabb kulcsfontosságú frontként jelentek meg az USA és Kína közötti technológiai verseny fokozódásában. 2021-ben az amerikai Kereskedelmi Minisztérium három kvantumtechnológiára szakosodott kínai vállalatot felvett a minisztérium entitáslistájára, korlátozva az ezekre a cégekre irányuló exportot. Idén augusztusban a kormányzat új korlátozásokat jelentett be a kvantumtechnológiákkal (valamint a félvezetőkkel és a mesterséges intelligenciával) kapcsolatos, a távol-keleti országba irányuló amerikai befektetésekre vonatkozóan.   

Ezeknek a korlátozásoknak a legfájdalmasabb hatása nem pénzügyi, ez inkább a tudás és a szakértelem átadásának korlátozását jelenti.  

Címlapfotó:123rf.com

További cikkeinket, elemzéseinket megtalálják a makronom.hu oldalon.