Lassan újabb területen avathatunk kínai bajnokot: ez a kvantumtechnológia
Hszi Csin-ping alatt Kína megduplázta az erőfeszítéseit, hogy vezető szerepet töltsön be a legmodernebb stratégiai technológiák terén, így nagy összegeket fektet be a kvantumtechnológiákba, amelyek áttörést hozhatnak az érzékelés, a kommunikáció és a számítástechnika területén.
Mihálovics Zoltán politológus, a Makronóm Intézet elemzőjének írása
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.
Ez gyakorlatilag feltörhetetlen kommunikációt tesz lehetővé – ez pedig a kormányok, a hadseregek, a pénzügyi cégek és mások által rendkívül keresett képesség.
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
a kvantumtechnológiák kereskedelmi hasznosítása komoly akadályokba ütközik, és valószínűleg csak évek, sőt évtizedek múlva kerülhet sor a széles körű alkalmazására.
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.
2012-ben a kínai K+F-kiadások a GDP 1,91 százalékát tették ki, 2022-re pedig ez a szám 2,55-re emelkedett.
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
a fejlett kvantumkomputerek forradalmasíthatják a tudósok képességét az összetett rendszerek modellezésére, hogy áttörést érjenek el olyan területeken, mint az anyagtudományok és a biomedicina.
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.
Egy fejlett kvantumszámítógép páratlan számítási teljesítménnyel felvértezve áttörhetné a meglévő hagyományos titkosítási módszereket, amelyeket magánszemélyek, bankok, internetes vállalatok, kormányok és hadseregek használnak az adatok védelmére.
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.
A kvantumérzékelés potenciálisan javíthatja a hírszerzést, a megfigyelést és a felderítést, valamint műholdas rendszerek hiányában helymeghatározási és navigációs képességeket biztosíthat.
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.
Bár a kiforrott kvantumtechnológia még nem áll készen a jelentős katonai integrációra, a NATO már most a kvantumot az egyik legfontosabb feltörekvő technológiaként azonosította.
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,
2021-ben pedig a tekintélyes Tsinghua Egyetem kutatói azt állították, hogy előrelépést értek el egy olyan kvantumradar kifejlesztésében, amely egy kis elektromágneses vihar generálásával képes felismerni a lopakodó repülőgépeket.
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.
Bár ezek a teljesítmények lenyűgözők, nem teszik lehetővé az országok közötti átfogó összehasonlítást.
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.