Kvantumszámítógépek titkosításához és akár fekete lyukak tulajdonságainak megismeréséhez is hozzájárulhat Dóra Balázs újonnan alakult kutatócsoportjának munkája.

„Izgalmas és a fizikai-matematikai tudományokban jelenleg népszerűnek számító téma mélyebb megismerésére teszünk kísérletet. Alapkutatásunk a különböző kvantumtechnológiák vizsgálatára és kidolgozására, ezen belül is a topológia szerepének feltérképezésére irányul a fizika területén” – mondta a bme.hu-nak Dóra Balázs, a BME Természettudományi Kar (TTK) Fizikai Intézete Elméleti Fizika Tanszékének egyetemi tanára, aki az ismertetett feladatra kutatócsoport megalapításán munkálkodik a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Lendület-programjának sikeres pályázójaként.

A topológia a matematikán belül az alakzatoknak a folytonos (például lyukasztás, megszakítás, törés) deformációk (nyújtások, csavarások stb.) közben megmaradó sajátosságaival foglalkozik. „A 2016-ban kiosztott fizikai Nobel-díj világszerte rávilágított e részterület, régebbi nevén a helyzetgeometria fontosságára, és a benne rejlő lehetőségekre, amelyeket mi is szeretnénk kiaknázni. Kutatótársaimmal a kvantum fény-anyag kölcsönhatás jelenlétében és a kvantum kaotikus rendszerek tulajdonságainak mélyebb megismerésében vagyunk érdekeltek. E tudással akár a fekete lyukak fizikai tulajdonságairól, illetve ezek kvantumos változatairól is szerezhetünk információt például egy egyszerű laborkísérlet keretében” – ismertette választott kutatási területének lényegét Dóra Balázs. Elmondta még, hogy ha sikerrel járnak, akkor tudományos eredményeik a spintronika (amely az elektron töltése helyett azok mágneses momentumát használja információtárolásra), a kvantum-információ-elmélet, a kvantumszimuláció és a topologikus kvantumszámítások területén is hasznosíthatók lesznek. (2016-ban a fizikai Nobel-díjjal elismert DJ Thouless, FDJ Haldane és JM Kosterlitz rávilágítottak arra, hogy a topológiai fázisátalakulás és az anyag topológiai fázisainak tulajdonságai újszerű, rendkívül stabil állapotok megjelenéséhez vezethetnek. Úttörő munkájuknak köszönhetően a tudomány közelebb került a kvantumszámítógép megalkotásához – a szerk.)

Az ifjú kutató bízik abban, hogy vizsgálódásaikkal a kvantumszámítógépek megalkotása és a bennük tárolt információk titkosítása területén előrelépés lesz és szinte feltörhetetlenekké válnak az említett eszközök. Ehhez Dóra Balázs a topologikus platformra építene. Az új, javasolt módszere szerint „mivel a kvantumszámítógépek éppen kvantumosságuk miatt rendkívül sérülékenyek, a környezettel (például hőmérséklet vagy elektromágneses zaj) kapcsolatba lépve a tárolt információ könnyen elveszhet vagy sérülhet. Ezzel szemben a topológiai háttér egy stabilabb rendszer alapjainak megteremtésével hozzájárulva úgy védi az információkat, hogy az egyes, a számítások szempontjából fontos mennyiségeket (például ellenállás) a külső körülményektől függetleníti, egyúttal csakis a topológikus invariáns által teszi módosíthatóvá a rendszer feltételeit”. Hozzátette: „ma még csak kezdetleges kvantumszámítógépek léteznek, a ’topológiai hátterű’ eszközök gyakorlati megvalósítása hatalmas kihívást jelent a tudósok számára”.

Dóra Balázs a Lendület-program kutatójaként 4-5 fiatal szakemberrel dolgozik együtt egy eddig kevésbé fölfedezett tudományterület megismerésén. „Elméleti fizikusként számos nehézséggel kell szembesülnünk szinte már a kezdetektől. A gyakorlati és laboratóriumi feltárásokkal szemben talán még nehezebb megjósolni az elméleti vizsgálatok eredményét, ezáltal az átütő siker elérését. „Egyedül és együttesen is dolgozunk, így a közvetlen kommunikáció révén az egyéni kibontakozás mellett egymás tapasztalataiból is erőt meríthetünk, valamint új információt nyerhetünk” – vélekedett, bízva a munkamegosztás hatékonyságában. A műegyetemi tudós szívesen dolgozik csapatban, és az új kutatási projektben is örömmel osztozik a feladatokon a tapasztalt szakemberekkel, egyúttal a fiatal hallgatókkal. „Öt év hosszúnak tűnik, ám egy ilyen, az alapoktól induló feladatvégzés esetében szinte már most idő szűkében vagyunk. A jövőt nehéz megjósolni, az biztos, hogy minden percet szeretnénk kihasználni” – összegezte a BME egyetemi tanára.

TZS-GI

Fotó: Philip János