A legújabb áttörések a kvantumtechnológiában és jelentőségük a jövőnkre nézve

A kvantummérnökség a felfedezések aranykorába lép. Csak az elmúlt évben a kutatók világszerte kitolták az ultra-kicsi határait, olyan eredményeket érve el, amelyeket korábban évtizedekkel későbbre vártak. Az kvantumszámítógépektől, amelyek túlszárnyalják a klasszikus szuperszámítógépeket, az kvantumhálózatokon át, amelyek összefonódás révén továbbítanak adatokat, az kvantumérzékelőkig, amelyek a legapróbb jeleket is érzékelik, és az kvantumanyagokig, amelyek egzotikus új anyagállapotokat tárnak fel – a legújabb eredmények a terület minden szegletét lefedik. Az alábbiakban bemutatjuk a kvantummérnökség főbb részterületeit, kiemeljük az elmúlt év legfontosabb áttöréseit, és közérthetően elmagyarázzuk, mit jelentenek ezek a fejlemények a jövőnkre nézve.

Kvantumszámítógépek: Közelebb a hasznos kvantumgépekhez

A Majorana 1 topologikus kvantumprocesszort 2025 elején mutatták be; ez egy 8 qubites chip, amely egy új „topologikus szupravezető” anyagot használ a stabilabb qubitek érdekében. Ezt az áttörést, amelyet a Microsoft és a UC Santa Barbara fizikusai vezettek, eredendően hibamentes qubiteket ígér universityofcalifornia.edu.

A kvantumszámítástechnika a kvantumbitek (qubitek) furcsa tulajdonságait használja ki – amelyek egyszerre lehetnek 0 és 1 –, hogy olyan számításokat végezzen, amelyek messze meghaladják a hagyományos számítógépek képességeit. 2024-ben és 2025-ben a kvantumszámítástechnika több nagy lépést tett a gyakorlati alkalmazhatóság felé:

• Klasszikus szuperszámítógépek legyőzése: A Google legújabb kvantumchipje, a „Willow”, kevesebb mint öt perc alatt hajtott végre egy számítási feladatot, amelyhez egy csúcskategóriás szuperszámítógépnek becslések szerint 10 szeptillió (10^25) évre lenne szüksége blog.google. Ez a drámai „kvantumelőny” demonstráció megmutatja, hogy bizonyos problémák (például összetett molekulák szimulációja vagy optimalizációs feladványok megoldása) teljesen elérhetetlenek a klasszikus gépek számára, de kvantumprocesszorokkal megoldhatók.
• Áttörés a hibajavításban: Talán még ennél is fontosabb, hogy a Google 70 qubites Willow chipje megmutatta, hogy több qubit hozzáadásával exponenciálisan csökkenthetők a hibák – lényegében megoldva a kvantum hibajavítás 30 éves problémáját blog.google. „Ez megold egy kulcsfontosságú kihívást a kvantum hibajavításban, amelyet a terület közel 30 éve üldöz,” írta Hartmut Neven, a Google Quantum AI igazgatója blog.google. Azáltal, hogy a hibajavítási küszöb alatt működött, a Willow eddig a legvilágosabb bizonyítékot szolgáltatta arra, hogy a skálázható, hibamentes kvantumszámítógépek megvalósíthatók blog.google. A szakértők ezt úgy üdvözölték, mint „a legmeggyőzőbb, eddig megépített skálázható logikai qubit prototípust… erős jel, hogy hasznos, nagyon nagy kvantumszámítógépek építhetők” blog.google.
• Megjelentek a topologikus qubitek: Egy másik lenyűgöző előrelépésként a Microsoft/UCSB csapata létrehozta az első topologikus qubiteket – egzotikus qubiteket, amelyeket egy új anyagfázisban, az úgynevezett topologikus szupravezetőben tárolnak universityofcalifornia.edu. Ezek a qubitek (amelyeket egy 8 qubites prototípus chipen, a Majorana 1-en valósítottak meg) Majorana zérus módusokat – furcsa kvázirészecskéket, amelyek saját antirészecskéik – használnak az információ zajtól való beépített védelmére universityofcalifornia.edu. „Létrehoztunk egy új anyagállapotot, amelyet topologikus szupravezetőnek hívunk,” magyarázta Dr. Chetan Nayak, a Microsoft Station Q igazgatója, hozzátéve, hogy eredményeik azt mutatják, „meg tudjuk csinálni, gyorsan és pontosan tudjuk csinálni” universityofcalifornia.edu. A topologikus qubitek alapvetően stabilabbak, így lehetővé tehetik olyan kvantumszámítógépek építését, amelyekhez jóval kevesebb hibajavító qubit szükséges. A Microsoft még egy ütemtervet is bejelentett, hogy ezt a technológiát néhány éven belül egymillió qubitre skálázza egyetlen chipen azure.microsoft.com – egy merész cél, amely, ha megvalósul, forradalmi lenne.
• Felskálázás és ipari lendület: Vezető vállalatok továbbra is versenyeznek a magasabb qubitszámokért és jobb teljesítményért. Az IBM jelenleg a világ legnagyobb szupravezető kvantumprocesszorai közül néhányat üzemeltet (nemrégiben meghaladta a 400+ qubitet egyetlen chipen, és úton van egy 1 121 qubites chip is), valamint moduláris „kvantumcentrikus szuperszámítógépeket” kutat, amelyek a következő évtizedben akár 100 000 qubitet is elérhetnek pme.uchicago.edu. Fontos, hogy az ipar és az akadémia együttműködik a kvantumszámítógépek hasznossá tételében: például a kutatók elkezdték a kvantumalgoritmusokat mesterséges intelligenciával és nagy teljesítményű számítástechnikával integrálni, hogy kémiai és anyagtudományi problémákat oldjanak meg thequantuminsider.com. Már most is gyógyszeripari, energetikai, pénzügyi és repülőgépipari cégek kísérleteznek kvantumszámítógépekkel valós feladatok megoldására time.com. Ahogy két iparági vezérigazgató írta a Time magazinban, „a kvantumkorszak már elkezdődött”, a kvantum hardver és szoftver pedig „őrületes sebességgel” fejlődött az elmúlt 18 hónapban time.com.

Mi következik? Ezekkel az áttörésekkel a kvantumszámítástechnika fokozatosan levetkőzi a távoli álom hírnevét, és egyre inkább valódi problémamegoldó eszközzé válik. Hibajavított qubitek és stabil topologikus qubitek néhány éven belül megjelenhetnek, lehetővé téve olyan gépeket, amelyek megbízhatóan felülmúlják a klasszikus szuperszámítógépeket hasznos feladatokban. A következmények óriásiak: új gyógyszereket és anyagokat tervezhetnénk a kémia kvantumszintű szimulációjával, optimalizálhatnánk összetett logisztikai és MI-modelleket, sőt, ma még megoldhatatlan problémákat is feltörhetnénk. Bár kihívások továbbra is vannak (több ezer vagy millió qubitre való felskálázás, a qubitek minőségének javítása és a költségek csökkentése), a közelmúltbeli előrelépések arra utalnak, hogy a hasznos kvantumszámítógépek sokkal hamarabb érkezhetnek, mint sokan várták. Ahogy egy jelentés megjegyezte, a kvantumforradalom nem egyetlen „villanykörte-pillanatként” érkezik, hanem „teljesítménybeli áttöréseken, megoldott problémákon és tartós értékteremtésen” keresztül – gyakran a háttérben, de már folyamatban van time.com.

Kvantumkommunikáció: A kvantuminternet kiépítése

A kvantumkommunikáció kvantumállapotokat (például összefonódott fotonokat) használ arra, hogy ultra-biztonságos, azonnali információátvitelt tegyen lehetővé. A hagyományos jelektől eltérően a kvantuminformáció olyan módokon továbbítható, amelyeket a lehallgatók nem tudnak elfogni anélkül, hogy észlelnék őket, ezzel megteremtve az alapokat egy feltörhetetlen kvantum internet számára. Az elmúlt évben figyelemre méltó előrelépések történtek, amelyek ezt a víziót közelebb hozták a valósághoz:

• Teleportáció meglévő optikai szálon: Egy világelső kísérletben a Northwestern University mérnökei kvantuminformációt teleportáltak 30 km hosszú optikai szálon keresztül, amelyen egyidejűleg normál internetforgalom is zajlott news.northwestern.edu. Sikerült kvantumteleportációt (egy qubit állapotának átvitelét egyik helyről a másikra, összefonódás révén) szabványos optikai szálon végrehajtaniuk, miközben gondosan elkerülték a klasszikus adatfolyamok interferenciáját. „Ez hihetetlenül izgalmas, mert senki sem gondolta, hogy ez lehetséges” – mondta Prem Kumar professzor, a tanulmány vezetője news.northwestern.edu. „Munkánk megmutatja az utat a következő generációs kvantum- és klasszikus hálózatok egységes infrastruktúrán történő megosztásához… gyakorlatilag megnyitja az ajtót a kvantumkommunikáció következő szintjéhez.” news.northwestern.edu A megfelelő hullámhossz „ablak” megtalálásával és a zaj kiszűrésével a csapat bebizonyította, hogy a kvantumjelek együtt tudnak létezni a mindennapi internetforgalommal ugyanabban az optikai szálban news.northwestern.edu. Ez azt jelenti, hogy talán nem lesz szükség dedikált kvantumkábelekre; a jövő kvantuminternete a mai optikai hálózatokon is működhet, ami drasztikusan csökkenti a bevezetés akadályait news.northwestern.edu.
• Hosszú távú összefonódás, megszakítás nélkül: 2025 áprilisában a Deutsche Telekom T-Labs és a Qunnect kutatói összefonódott fotonok folyamatos elosztását demonstrálták 30 km-nyi kereskedelmi optikai szálon, 99%-os hűséggel, megszakítás nélkül 17 napon keresztül telekom.com. Ez a stabilitás és rendelkezésre állás példátlan. Ez azt mutatja, hogy az összefonódott kapcsolatok – a kvantumhálózatok gerince – megbízhatóan fenntarthatók valós körülmények között. A következetesen magas összefonódási hűség nagy távolságokon kulcsfontosságú lépés a nagyléptékű kvantumismétlők és hálózatok felé. Az a tény, hogy ezt szabványos, telepített optikai szálon, Berlin városi környezetében érték el, aláhúzza, hogy a kvantumhálózati technológia elhagyja a laboratóriumot a gyakorlati alkalmazások felé telekom.com.
• A kvantumhálózatok felskálázása: Világszerte gyorsan bővülnek a kvantumkommunikációs teszthálózatok. Nemzeti projektek kötik össze a városokat kvantum-titkosított optikai szálakkal és műholdakkal. Például Kínában egy működő, 2000 km-es kvantumkapcsolat van Peking és Sanghaj között, kvantumkulcs-megosztó (QKD) műholdak és optikai szálak segítségével, és európai együttműködések több országot kötnek össze egy kialakuló „kvantum gerinchálózatban”. Az Egyesült Államokban nemzeti laboratóriumok és egyetemek hoztak létre városi kvantumhálózati teszthálózatokat (mint például a Chicago Quantum Exchange 124 mérföldes hálózata), hogy kísérletezzenek összefonódás-cserével és kvantumismétlőkkel. Ezek az erőfeszítések mind az alapvető célt szolgálják: egy világméretű kvantuminternet létrehozását, amely teljesen biztonságos kommunikációt és elosztott kvantumszámítást tesz lehetővé. Az utóbbi időben elért áttörések a kvantummemória és ismétlő csomópontok (olyan eszközök, amelyek tárolják és kiterjesztik az összefonódást) terén javítják a kvantumkapcsolatok távolságát és megbízhatóságát news.northwestern.edu, miközben kis kvantumműholdak már képesek összefonódott fotonokat sugározni kontinensek között.

Mi következik? A közeljövőben várható, hogy a kvantumbiztos kommunikáció elkezdi védeni az érzékeny adatokat. Bankok, kormányok és egészségügyi szolgáltatók már tesztelik a QKD-t a kritikus kapcsolatok feltörhetetlen titkosítására. Ahogy a kvantumhálózatok bővülnek, megjelennek a kvantumfelhők – biztonságos hálózatok, ahol a kvantumszámítógépek távolról elérhetők, az összefonódás pedig garantálja a magánszférát. Végső soron egy teljes kvantuminternet összekötheti a világ kvantumeszközeit, lehetővé téve olyan dolgokat, mint a vak kvantumszámítás (számítások végrehajtása távoli kvantumszerveren, garantált magánszférával) és atomi órák szinkronizálása világszerte példátlan pontossággal. A lényeg: a kvantumkommunikáció egy lehallgatás-mentes internetet ígér, amely megvédi jövőbeli digitális infrastruktúránkat még azoktól a kvantumszámítógépektől is, amelyek feltörhetik a mai titkosítást.

Kvantumérzékelés: példa nélküli pontosság és új határok

A kvantumérzékelés kvantumjelenségeket alkalmaz a fizikai mennyiségek rendkívül érzékeny és pontos mérésére, messze meghaladva a hagyományos szenzorokat. Az olyan hatások kihasználásával, mint a szuperpozíció és az összefonódás, a kvantumszenzorok képesek kimutatni a mezők, erők és az idő legapróbb változásait is. A legújabb fejlesztések olyan szenzorképességeket hoznak, amelyek szinte tudományos fantasztikumnak tűnnek:

• Atomok és mezők leképezése atomi léptékben: 2024 közepén a németországi Forschungszentrum Jülich által vezetett nemzetközi csapat bemutatta a világ első kvantumszenzorát az „atomi világ” számára – egy olyan szenzort, amely képes elektromos és mágneses mezőket érzékelni tizedangstromos (10^−10 m) térbeli felbontással, ami körülbelül egyetlen atom méretének felel meg fz-juelich.de. Ezt úgy érték el, hogy egyetlen molekulát rögzítettek egy pásztázó mikroszkóp hegyére, és a molekula kvantumspinje segítségével érzékelték a mezőket rendkívül kis távolságban fz-juelich.de. „Ez a kvantumszenzor áttörést jelent, mert olyan gazdag képet ad az anyagokról, mint egy MRI, miközben új mércét állít fel a térbeli felbontásban” – mondta Dr. Taner Esat, a vezető szerző fz-juelich.de. Más szóval, képesek atomról atomra vizualizálni az anyagok elektromágneses tájait – ez a képesség forradalmasítani fogja az anyagtudományt, a katalízist és a nanoelektronikát. Ez az eszköz képes vizsgálni a kvantumchipek hibáit, feltérképezni az atomokat egy félvezetőben, vagy akár biomolekulákat is ellenőrizni, mindezt páratlan részletességgel.
• Párhuzamos kvantumérzékelés és jobb mérések: 2024 végén az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium (ORNL) tudósai egy új kvantumfokozott érzékelő platformot jelentettek be, amely préselt fényt használ az érzékenység javítására több érzékelőn egyszerre ornl.gov. Speciálisan korrelált fotonokat (ikernyalábokat, amelyek kvantum-összekapcsolt zajtulajdonságokkal rendelkeznek) küldve egy négyérzékelős tömbbe, egyszerre értek el ~23%-os érzékenységjavulást minden érzékelőn a klasszikus határokhoz képest ornl.gov. Ez az egyik első demonstrációja a párhuzamos kvantumérzékelésnek, ahol több helyszínt vizsgálnak kvantumelőnnyel egy időben. „Általában [kvantum] korrelációkat használsz egy mérés javítására… Mi azt csináltuk, hogy kombináltuk az időbeli és térbeli korrelációkat, hogy egyszerre több érzékelőt vizsgáljunk, és mindegyiknél egyidejű kvantumfokozást érjünk el,” magyarázta az ORNL munkatársa, Alberto Marino ornl.gov. Ez a megközelítés kulcsfontosságú lehet olyan alkalmazásoknál, mint például a sötét anyag detektálása, ahol nagy érzékelőtömböket kell a klasszikus érzékenységen túlra tolni ornl.gov. Emellett lehetővé teheti a gyorsabb kvantumképalkotást és orvosi diagnosztikát is, mivel egyszerre több adatpontot rögzíthetünk.
• Kvantumérzékelők a mindennapi életben: A kvantumérzékelési technológiák is egyre inkább alkalmassá válnak a valós életben való használatra. Például a gyémánt nitrogén-vakancia (NV) centrumokon alapuló kvantum-magnetométerek már képesek érzékelni az agyi idegi aktivitás gyenge mágneses jeleit vagy a ritka ásványok jelenlétét a föld alatt – olyan feladatokat, amelyek korábban hatalmas gépek nélkül lehetetlenek voltak. Az ultrahideg atom-interferométeres érzékelőket terepen tesztelik GPS-től független navigációs rendszerekhez, amelyek a tehetetlenség és gravitáció apró változásait mérik, hogy rendkívüli pontossággal kövessék a mozgást. Az atomóra-fejlesztések pedig továbbra is rekordokat döntenek: a mai legjobb optikai rácsórák olyan pontosak, hogy képesek mérni Einstein gravitációs idődilatációját akár egyetlen milliméteres magasságkülönbség esetén is, érzékelve, hogy az idő enyhén lassabban telik közelebb a Föld gravitációs teréhez physicsworld.com. Ez a felfoghatatlan pontosság lényegében a órákat gravitációs érzékelőkké alakítja, és új geodéziai technikákhoz vezethet (a Föld sűrűségváltozásainak feltérképezése idődilatációval).

Mi következik? A kvantumérzékelők számos iparágat alapjaiban alakíthatnak át. Az egészségügyben a SQUID magnetométerek és gyémántalapú érzékelők lehetővé tehetik a rendkívül nagy felbontású MRI vizsgálatokat vagy agy-gép interfészeket az apró biomágneses mezők érzékelésével. A navigációban és geológiában a kvantumgravitométerek és gyorsulásmérők GPS-től független navigációt biztosíthatnak repülőgépek és föld alatti kutatások számára gravitációs anomáliák vagy inerciális változások érzékelésével. A nemzetvédelem a kvantumérzékelőket lopakodó objektumok vagy földalatti létesítmények észlelésére fogja használni (a gravitáció vagy mágneses mezők finom eltolódásainak észlelésével). Még a sötét anyag és a gravitációs hullámok kutatása is profitál – a kvantumeszközök páratlan érzékenysége új ablakokat nyit az alapvető fizika felé. Ahogy ezek az érzékelők egyre kompaktabbá és robusztusabbá válnak, új korszakát várhatjuk azoknak a műszereknek, amelyek példátlan pontossággal mérik a világot (és az univerzumot), visszacsatolást és képességeket adva, amelyek korábban egyszerűen elérhetetlenek voltak.

Kvantumanyagok: A kvantumkor építőköveinek felfedezése

A fent említett összes fejlődés alapját a kvantumanyagok adják – olyan anyagok, amelyek figyelemre méltó kvantummechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, és új technológiákat tesznek lehetővé. A kvantumanyagok közé tartoznak a szupravezetők (amelyek nulla ellenállással vezetik az áramot), a topologikus szigetelők (amelyek csak a széleiken, de nem a belsejükben vezetnek), kvantummágnesek és más egzotikus anyagfázisok. Az elmúlt évben a tudósok izgalmas felfedezéseket tettek a kvantumanyagok tudományában, közelebb hozva minket olyan áttörésekhez, mint a gyakorlati szupravezetők és a hibamentes qubitek:

• Topologikus szupravezetők – Az anyag új állapota: Az egyik legnagyobb eredmény a topologikus szupravezető létrehozása volt a korábban említett Microsoft/UCSB kvantumprocesszorban. Egy félvezető (indium-arzenid) és egy szupravezető (alumínium) hibrid anyagának megalkotásával, majd azt közel abszolút nulla fokra hűtve, meghatározott mágneses térben, a kutatók egy új anyagfázist idéztek elő, amelynek végein Majorana zérus módusok jelennek meg azure.microsoft.com. Ezek a Majorana módusok a topologikus qubitek alapját jelentik, mivel a kvantuminformációt nem-lokálisan tárolják (az információ „szétterül” az anyagban, így védett). „Közel egy évszázadon át ezek a kvázirészecskék csak tankönyvekben léteztek. Most már igény szerint létrehozhatjuk és irányíthatjuk őket,” jegyezte meg a Microsoft csapata azure.microsoft.com. A topologikus szupravezető fázis sikeres megvalósítása nemcsak számítástechnikai áttörés, hanem egy anyag­tudományi bravúr is – egy régóta elméletben létező anyagállapot laboratóriumi igazolása. A topologikus szupravezetők azért izgalmasak, mert lehetővé tehetik az energia­veszteség nélküli elektronikai eszközöket és a természetüknél fogva robusztus kvantumbiteket. Az idei eredmény bizonyítja, hogy ilyen anyagok létrehozhatók és manipulálhatók, megnyitva az utat a következő generációs kvantumelektronika előtt.
• Új kvantumfázisok és „nem hagyományos” szupravezetők: A kutatók egyre több természetben előforduló kvantumanyagot fedeznek fel szokatlan tulajdonságokkal. Egy példában a Cornell Egyetem csapata bizonyítékot talált egy „pár-sűrűséghullám” állapotra egy urán-ditellurid (UTe₂) nevű vegyületben – lényegében egy elektronpárokból álló kristályos mintázatra egy szupravezetőben physics.cornell.edu. Ez az új állapot a topologikus kvantumanyag egy formája, ahol a Cooper-párok (a szupravezetésért felelős elektronpárok) állóhullám-mintázatba rendeződnek a szokásos egyenletes kondenzátum helyett physics.cornell.edu. „Amit detektáltunk, az egy új kvantumanyag-állapot – egy topologikus pár-sűrűséghullám, amely spin-triplet Cooper-párokból áll,” mondta Dr. Qiangqiang Gu, megjegyezve, hogy ez az első alkalom, hogy ilyen állapotot megfigyeltek physics.cornell.edu. A spin-triplet (páratlan paritású) szupravezetők, mint az UTe₂, szent grálnak számítanak, mert természetes módon támogathatják a Majorana-módusokat a kvantumszámítógépekhez physics.cornell.edu. Ez az áttörés arra utal, hogy a természet olyan kvantumfázisokat rejthet, amelyeket még sosem láttunk, és amelyek tulajdonságai kihasználhatók lehetnek a jövő technológiáiban. Eközben az anyagtudósok jelentős előrelépéseket tesznek új 2D anyagok szintézisében (például egy újonnan felfedezett nehéz-fermionos 2D anyag, a CeSiI, amely furcsa elektronviselkedést mutat azonano.compurdue.edu), valamint az anyagok ötletes kombinálásában – például grafénrétegek „varázsszögben” történő egymásra helyezésével szupravezetés kiváltására, vagy mágnesek és szupravezetők összekapcsolásával új hatások létrehozására. Minden újonnan felfedezett vagy létrehozott kvantumanyag bővíti azt az eszköztárat, amellyel a mérnökök kvantumeszközöket építhetnek.
• Anyagok a Qubitekhez és Eszközökhöz: A kvantumtechnika nagy része azon múlik, hogy találjunk olyan anyagokat, amelyek alacsony hibaarányú qubiteket tudnak befogadni. Az elmúlt évben több területen is történt előrelépés. Kutatók kimutatták, hogy a széles tiltott sávú félvezetők hibái (például üres helyek a gyémántban vagy adalékanyagok a szilícium-karbidban) stabil qubitekként szolgálhatnak, amelyek akár szobahőmérsékleten is működnek, ami nagyszerű lehet kvantumérzékelők és egyszerű kvantumprocesszorok számára. Egy másik kutatás bemutatta, hogy qubiteket lehet készíteni a ritkaföldfém erbium különböző kristályos gazdaanyagokba ágyazásával, kiemelve, hogy az anyagválasztás hogyan befolyásolja a kvantumtulajdonságokat pme.uchicago.edu. Azáltal, hogy új gazdaanyagokat vizsgálnak ismert qubitrendszerekhez (erbium spin, szilícium kvantumpontok stb.), a tudósok optimalizálják a koherenciaidőt és a kapcsolódást. Egy jelentős mérföldkövet az Argonne National Lab anyagközpontú megközelítése hozott: egy új típusú qubitet építettek, és elértek egy 0,1 milliszekundumos koherenciaidőt – ami majdnem 1000-szer hosszabb, mint az előző rekord ennél a típusnál pme.uchicago.edu. Ezt anyaginnovációkkal érték el, amelyek csökkentették a zajt és javították a qubit izolációját. A hosszabb koherencia azt jelenti, hogy több művelet végezhető el egy qubiten, mielőtt az információ elveszne, így ezek a fejlesztések közvetlenül erősebb és megbízhatóbb kvantumszámítógépekhez vezetnek. Egyszerűen fogalmazva: jobb anyagok = jobb qubitek.

Mi következik? A forradalmi anyagok utáni kutatás továbbra is előre fogja hajtani a kvantummérnökséget. Az egyik fő cél egy szobahőmérsékleten szupravezető anyag – egy olyan anyag, amely extrém hűtés nélkül is szupravezető. Egy ilyen felfedezés sorsfordító lenne (veszteségmentes villamoshálózatokat, olcsó MRI gépeket, mágneses lebegtetésű közlekedést és szobahőmérsékleten működő kvantumeszközöket tenne lehetővé). 2023-ban a világ bepillantást nyerhetett abba, milyen őrületet okozhat egy ilyen áttörés, amikor egy „LK-99”-nek nevezett anyagról azt állították, hogy szobahőmérsékleten szupravezető – ez vírusszerű izgalmat keltett, de gyorsan megcáfolták szigorú teszteléssel lens.monash.edu, emlékeztetve minket arra, hogy a rendkívüli állításokhoz rendkívüli bizonyítékok szükségesek. Bár az igazi szobahőmérsékletű szupravezető továbbra is elérhetetlen, fokozatos előrelépések történnek: az ismert szupravezetők kritikus hőmérsékletei folyamatosan emelkednek, és új vegyületek (néha nagy nyomáson) a szupravezetést egyre közelebb hozzák a környezeti feltételekhez. A szupravezetőkön túl a tudósok aktívan keresik azokat az anyagokat, amelyek robosztusabb qubitek hordozására képesek (pl. alacsony magspinű anyagok a hosszabb koherencia érdekében, vagy topologikus anyagok a hibabiztos qubitekhez), valamint olyan anyagokat, amelyek képesek egyedi vagy összefonódott fotonokat kibocsátani igény szerint kommunikációs célokra. A kvantumanyag-kutatás kulcsfontosságú az egész területen – minden új felfedezés jobb kvantumeszközökhöz és alkalmazásokhoz vezethet. A következő években várhatóan meglepő új anyagfázisokat fedeznek fel, és egyre több „tervezett” anyag (mint például a Microsoft „topokonduktora” azure.microsoft.com vagy más mérnökileg kialakított szerkezetek) jelenik meg, amelyek olyan képességeket nyitnak meg, amelyeket még el sem tudunk képzelni.

Konklúzió: Kvantum-mérnöki jövő

A szupererős számítógépektől a feltörhetetlen kommunikáción, ultraprecíz érzékelőkön és új anyagállapotokon át a kvantummérnökség áttörései nemcsak intellektuálisan izgalmasak – társadalomformáló változásokat jeleznek a nem is olyan távoli jövőben. Lényeges, hogy ezek a részterületek nem elszigetelten fejlődnek: az egyikben elért előrelépés gyakran katalizálja a másikat. Például a jobb kvantumanyagok stabilabb qubiteket tesznek lehetővé; a fejlettebb kvantumszámítógépek új anyagok tervezését segítik; a kvantumhálózatok összekapcsolják a kvantumszámítógépeket, növelve azok erejét; a kvantumérzékelők pedig segítenek az anyagok és eszközök atomi szintű jellemzésében. Egy innovációs erénykör korai szakaszainak lehetünk tanúi.

A nagyközönség számára ezeknek a látszólag elvont eredményeknek a hatása többféleképpen is kézzelfoghatóvá válik majd:

• Egészségügy és kémia: A kvantumszámítógépek atompontossággal modellezhetik a gyógyszereket és fehérjéket, így a gyógymódok és anyagok számítógépen tervezhetők lesznek, nem próbálgatásos módszerrel. A kvantumérzékelők lehetővé tehetik a betegségek korai felismerését apró biomarker jelek vagy fejlett agyi képalkotás révén.
• Kiberbiztonság és adatvédelem: A kvantumkommunikáció várhatóan kvantumtitkosítással fogja védeni pénzügyi tranzakcióinkat és bizalmas adatainkat, amelyet a hackerek (még kvantumszámítógépekkel sem) tudnak feltörni. Lehetőségünk lesz érzékeny üzleti vagy diplomáciai kommunikációt folytatni, amelynek abszolút titkosságát a fizika törvényei garantálják.
• Számítástechnika és mesterséges intelligencia: Ahogy a kvantumprocesszorok elkezdik kezelni az optimalizálási és gépi tanulási problémákat, javulást tapasztalhatunk mindenben az ellátási lánc logisztikájától a klímamodellezésen át a mesterséges intelligencia képességeiig. Egyes feladatok, amelyekkel a mai MI nehezen birkózik meg, engedhetnek a jövő kvantum-gyorsított felhőplatformjain futó hibrid kvantum-klasszikus algoritmusoknak.
• Érzékelés és navigáció: Telefonjainkban és járműveinkben egy napon kvantum giroszkópok és gyorsulásmérők lehetnek, amelyek ultra-pontos navigációt biztosítanak még GPS hiányában is. Kvantum gravitációs érzékelők képesek lehetnek ásványokat feltérképezni a föld alatt, vagy vulkánokat és törésvonalakat figyelni a sűrűségváltozások érzékelésével. Akár olyan viselhető eszközeink is lehetnek, amelyek kvantumérzékelőkkel nem-invazívan figyelik egészségünket.
• Energia és ipar: A kvantumanyagok, például a nagy hőmérsékletű szupravezetők forradalmasíthatják az elektromos hálózatot és a közlekedést veszteségmentes vezetékekkel, hatékony mágneses lebegtetéssel és jobb akkumulátorokkal (a kvantumszámítógépet már most is használják jobb akkumulátorkémia keresésére time.com). Az ipari folyamatok profitálhatnak kvantum-optimalizált tervezésből és katalizátorokból.

Röviden, a kvantummérnökség arra készül, hogy a 21. századi technológia alapjává váljon, ahogyan a klasszikus elektronika tette a 20. században. Ahogy ezek az áttörések gyors ütemben folytatódnak, egyre közelebb kerülünk ahhoz a jövőhöz, ahol a kvantumeszközök fontos problémákat oldanak meg, védik adatainkat, és mélyebb igazságokat tárnak fel az univerzumról. Izgalmas időszak ez a tudomány határán – a kvantum jövő már nem spekuláció, hanem éppen most, áttörésről áttörésre épül.

Források:

• Google Quantum AI – Hartmut Neven, „Ismerje meg Willow-t, a legkorszerűbb kvantumchipünket,” Google Blog (2024. dec.) blog.google.
• University of California, Santa Barbara – Sonia Fernandez, „Új anyagállapotot hoztunk létre: Új topologikus kvantumprocesszor jelent áttörést a számítástechnikában,” (2025. febr. 20.) universityofcalifornia.edu.
• Northwestern Egyetem – Amanda Morris, „Az első kvantumteleportáció bemutatása forgalmas internethálózaton keresztül,” (2024. dec. 20.) news.northwestern.edu.
• Deutsche Telekom T-Labs – Verena Fulde, „Áttörés a kvantuminternetben – a laboratóriumból a valóságba,” (2025. ápr. 15.) telekom.com.
• Forschungszentrum Jülich – Sajtóközlemény, „Kvantumérzékelő az atomi világhoz,” (2024. aug. 1.) fz-juelich.de.
• Oak Ridge Nemzeti Laboratórium – Mark Alewine, „A kutatók feltárják a kvantumelőnyt, amely előmozdíthatja a jövő érzékelő eszközeit,” ORNL News (2024. okt. 16.) ornl.gov.
• Cornell Egyetem – „Áttörés azonosítja a topologikus kvantumanyag új állapotát,” Cornell Chronicle (2023. júl. 10.) physics.cornell.edu.
• University of Chicago PME – „World Quantum Day 2024: A kvantumtudomány és -technológia legújabb fejleményei,” (2024. ápr. 12.) pme.uchicago.edu.
• Time Magazin – Vimal Kapur & Rajeeb Hazra, „A kvantumkorszak már elkezdődött,” (2024. szept.) time.com.
• Nature/ACS Publications – Bizonyíték az LK-99 szobahőmérsékletű szupravezetés állításának cáfolatára (2023) lens.monash.edu.