A Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal pályázatán jelentős támogatást nyert intézményünk.

Néhány napja indult el a BME-n az a nagyívű NKFIH projekt, amelyre a Műegyetem – az MTA Wigner Fizikai Központjának konzorciális partnereként – a „Kvantumbitek előállítása, megosztása és kvantuminformációs hálózatok fejlesztése” című pályázat kiemelt résztvevőjeként a közelmúltban jelentős összeget nyert. „Elérkezett az az idő, amikor már annyira jól ismerjük a kvantummechanika törvényeit, hogy azokra gyakorlati fejlesztéseket alapozhatunk” – hangsúlyozta Zaránd Gergely egyetemi tanár, a BME Természettudományi Kar Fizikai Intézet igazgatója, a projekt műegyetemi vezetője.

„Az Egyesült Államokban a nagy cégek, valamint a kormány is hatalmas összegeket különít el ilyen típusú munkákra. A Google kvantumszámítógépet épít, tavaly pedig az Európai Unió is úgy döntött, hogy létrehoz egy úgynevezett ’Quantum Technologies Flagship’ programot, egymilliárd eurós támogatással. Ennek célja, hogy a nemzetközi közösségen belül is versenyképes kvantumtechnológiai fejlesztések szülessenek.”

Magyarországon mindezidáig csak egyes kiválósági műhelyek foglalkoztak ezzel a területtel a Wigner Intézetben és a Műegyetemen, köztük a BME Fizikai Intézetének több kutatócsoportja és a Villamosmérnöki Kar Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék – a korábbi Híradástechnikai Tanszék – kutatói. A kormány és az NKFIH a Flagship-projektekben való versenyképesség növelésére írta ki azt a pályázatot, amelyen az MTA Wigner Fizikai Kutatóintézet (konzorciumvezető) és a BME mellett az ELTE, a Nokia Bell Labs, a BHE Bonn Hungary, a Femtonics Kft., valamint az Ericsson Magyarország alkotta konzorcium nyert.

„A pályázatban a Wigner Intézet mellett a Műegyetem tölti be a legjelentősebb szerepet. A projekt öt pillérre épül, amelyek összhangban állnak a Flagship-programban megjelöltekkel” – ecsetelte Zaránd Gergely. „A projekt alapja a kvantumkommunikáció, a kvantum-számítástudomány, a kvantumszimuláció, a kvantumérzékelés és a kvantumalgoritmusok fejlesztése. Mindegyik terület izgalmas, de különböző mértékben ígérnek alkalmazásokat.”

A Műegyetem több pillér mentén, számos alprojekten keresztül kapcsolódik a négy éves magyar kvantumtechnológia projektbe, komoly infrastruktúrális fejlesztések valósulnak meg, és új laboratóriumok épülnek.

Az egyik fő célkitűzés szilárdtestfizikai kvantumbitek előállítása és manipulálása. A stabilan működő kvantumbitek elengedhetetlenül szükségesek a programozható kvantumszámítógépekhez. A kvantumbit (qubit) az a kvantuminformatika alapegysége, amelyet egy atom, ion vagy foton kvantumállapota őriz. Ez a hagyományos rendszerekhez hasonlóan kétféle lehet – „igen” vagy „nem” –, de felvehet úgynevezett szuperpozíciókat is; ekkor a bit egyszerre található a két állapotban. Ez egyes alkalmazásoknál a számítási kapacitást a sokszorosára növelheti, így nemcsak felgyorsítja az eszköz működését, hanem egyes optimalizációs problémák megoldásakor is rendkívül hatékony lehet. „Többféle platform alkalmas kvantumbit létrehozására és manipulálására” – magyarázta a kutató a fejlesztésekhez kapcsolódóan. „Kollégánk, az ERC és Lendület-díjas Csonka Szabolcs laborjában nanoáramköröket csatolnak majd egymáshoz szupravezető mikrorezonátorokon keresztül, és így hoznak létre összecsatolt, manipulálható kvantumbiteket. Egy másik Lendület-csoportvezetőnk, Simon Ferenc pedig szilárdtest-alapú kvantumbiteket fog létrehozni egy speciálisan átalakított ODMR (optikailag detektálható mágneses rezonancia) berendezéssel. Ebben az elrendezésben például gyémántban lévő nitrogén atomok okozta rácshibák (vakanciák) használhatók a kvantuminformáció tárolására.”

A másik kiemelt kutatási irány a kvantumkommunikáció. A kvantumkommunikációs alprojekt egyik célja az Imre Sándor vezette Villamosmérnöki és Informatikai Kar Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék (HIT) és a Fizikai Intézet együttműködése révén működő kvantumkriptográfiai rendszerek előállítása a Műegyetemen. „Ilyen titkosítási rendszereket a banki informatikában már néhány helyen alkalmaznak is. A jelenleg fotonokra épülő kvantuminformációs hálózatok előnye például, hogy a titkos kulcsok feltörése azonnal érzékelhető” – világította meg az ilyen irányú kutatások egyik gyakorlati hasznát Zaránd Gergely. Ezeknek a kvantumoptikai és kvantumkommunikációs kutatásoknak és fejlesztéseknek a záloga lesz az a nemzetközi színvonalú fotonikai és kvantumkommunikációs kutatások végzésére alkalmas, a HIT és a Fizikai Intézet által közösen kialakított és használt laboratóriumi infrastuktúra, amely az Atomfizika Tanszéken jön majd létre  az ipari partnerek közreműködésével. „A projekt további célja a vezeték nélküli kvantumkommunikációs rendszerek megvalósítása, de szeretnénk az új laborokban egy kvantummechanikai elven működő, szabad felhasználású, tökéletesen működő véletlenszám-generátort is építeni, mivel a jelenleg általánosan használtak sokszor úgynevezett ál-véletlenszámokat generálnak.”

„A kvantummetrológia, tehát a kvantummechanika törvényeit kiaknázó mérések szintén nagyon dinamikusan fejlődő terület, számos ilyen alkalmazása lehetséges. Létre lehet hozni például úgynevezett összenyomott fotonállapotokat, amelyek segítségével például a –nemrégiben szenzációt keltő – gravitációs hullámok mérésénél használt eszközök (interferométerek) pontossága növelhető.”

„A támogatástól azt reméljük, hogy Magyarország – és persze a Műegyetem is – előre lép a kvantumtechnológia területén, és képes lesz bekapcsolódni a tudomány ezen területén  megindult nemzetközi  kutatásokba, fejlesztésekbe, valamint képes lesz kvantumtechnológiai eszközök előállítására. Szeretnénk, hogy felnőjön egy olyan mérnökgeneráció, amely otthonosan mozog a kvantumalgoritmusok, a kvantum-kommunikáció és a kvatumtechnológia világában.

A program négy éve alatt a Műegyetemre másfél milliárd forint érkezik, ennek közel fele infrastrukturális beruházás. A projekt menedzsmentjét a VIK Egyesült Innovációs és Tudásközpont végzi. „Nagy segítség, hogy a Szenátus és a Kancellária jóvoltából megszületett a beruházások rezsikedvezményére vonatkozó szabályozás: e nélkül nem tudtunk volna pályázni és ilyen méretű infrastrukturális fejlesztéseket végrehajtani” – hangsúlyozta Zaránd Gergely. Hozzáfűzte: „Az elnyert forrásoknak köszönhetően több kollégát alkalmazhatunk majd, és külföldről hazacsábított kutatók foglalkoztatására is lehetőség nyílik.”

HA - GI

Fotó: Takács Ildikó