Mihálovics Zoltán politológus, a Makronóm Intézet elemzőjének írása 

A digitalizáció és a technológia folyamatos és gyors fejlődésével az országoknak is lépést kell tartaniuk, így nem csoda, hogy újabb és újabb, eddig szinte alig hallott, ám stratégiainak nyilvánított technológiákról, területekről 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 még csak fejlesztés alatt áll, de a kínai kutatók gyors előrehaladást értek el, és a kvantumtechnológiák jelentős szereplői lettek. Ezek a technológiák olyan kulcsterületeket változtathatnak meg gyökeresen többek közt, mint a diagnosztika, a navigáció, a radar, a geofizika, az adatátvitel, a kommunikáció és a számítástechnika. 

Mit értünk a kvantumtechnológiák alatt? 

Ezen olyan születőben lévő technológiák laza halmazát értjük, amelyek a kvantummechanika elveit használják fel, hogy forradalmi áttöréseket tegyenek lehetővé különböző területeken. 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 kvantumtechnológiák harmadik területe világszerte a legnagyobb figyelmet kapta, és 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. A legtöbb kvantumeszköz működéséhez bonyolult és precíz mérnöki munkára van szükség. Egyes kvantumszámítógépeket például rendkívül alacsony hőmérsékletre kell hűteni a zavarok és az információvesztés elkerülése érdekében. 

Ezért  

a kvantumtechnológiák kereskedelmi hasznosítása komoly akadályokba ütközik, és valószínűleg csak évek, sőt évtizedek múlva kerülhet sor a széles körű alkalmazására. 

Kína ambíciói 

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. Az, hogy Kína a kvantumtechnológiákra összpontosít, része annak a szélesebb körű törekvésnek, hogy Hszi Csin-ping vezetésével egyre inkább a globális technológiai vezető szerephez jusson. Az elnök korábban már többször felszólította pártját arra, hogy országát globális tudományos és technológiai nagyhatalommá kell alakítani. Peking ilyen ambíciói új lendületet vettek a stratégiai technológiák miatti növekvő amerikai–kínai feszültségek közepette. 2023 márciusában Hszi hangsúlyozta, hogy az ázsiai nagyhatalomnak a kemény nemzetközi versennyel szemben a tudományos és technológiai önállóságra, valamint az önerősítésre kell összpontosítania. 

Ennek érdekében jelentős összegeket fektet be a kutatás-fejlesztés (K+F) növelésébe. 2012 óta több mint a duplájára nőttek a K+F-re fordított kínai kiadások. Ez nem pusztán a gazdasági növekedés mellékterméke, hanem a magasabb prioritásé is.  

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 

Kína érdekei viszont a kvantumtechnológiákban való globális vezető szerep megszerzésén túl mutatnak: azt remélik, hogy a kvantumtechnológiák kézzelfogható gazdasági és biztonsági előnyökkel járnak majd. 

A kvantum-számítástechnika például megsokszorozhatja Peking más kulcsfontosságú területeire, például az MI-re gyakorolt hatását. 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.  

Ha ezek a képességek megvalósulnak, átalakító hatásúak lehetnek, emellett hatalmas gazdasági hozadékot is jelenthetnek. 

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. Még élesebben fogalmazva, a Kínai Katonai Tudományos Akadémia egyik kutatója a kvantumtechnológiákat „csavargó sötét lóként” jellemezte, amely készen áll arra, hogy megváltoztassa a jövőbeli katonai győzelmek mechanizmusait. A titkosítás az egyik legfontosabb terület.  

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. 

Kínai kutatók azt állítják, hogy már kifejlesztettek egy olyan algoritmust, amely egy kis kvantumszámítógépen futtatható, és amely képes megfejteni egy fejlett titkosítási rendszert, amelyet általában kormányok és pénzintézetek használnak. Az ázsiai országon kívüli tudósok azonban mély szkepticizmussal szemlélték ezeket az állításokat. 

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.  

Ezek a képességek még fejlesztés alatt állnak, de Kína már halad előre. Az ottani kutatók állítólag olyan kvantumradar-berendezést fejlesztenek, amely javíthatja lopakodó repülőgépeinek észlelési képességét. 

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. 

Kína állami irányítással képzeli el 

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. Pontos adatok nem állnak rendelkezésre, de 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. Ezeket a számokat azonban nem fogadják el egységesen. A Quantum Insider tanulmányai 4 és 17 milliárd dollár közé teszik a kínai kormányzati befektetések nagyságrendjét. 

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. Még Kanada és az Egyesült Királyság is jóval megelőzte Kínát, mindkettő nagyjából 1,1 milliárd dollárnyi befektetéssel. 

Nem meglepő módon az államhoz kötődő intézmények irányítják a kínai K+F nagy részét. 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. 

Ezek a tendenciák azonban nincsenek kőbe vésve. 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-támogatásának mértéke. A kongresszus 2018-ban elfogadta a National Quantum Initiative Actet, hogy felgyorsítsa a kvantumkutatást és -fejlesztést az USA gazdasági és nemzetbiztonsági érdekei védelmében. 2019 óta a különböző nemzeti laboratóriumok és egyetemek számára a kvantumra szánt amerikai szövetségi költségvetés több mint a duplájára nőtt, a 2019-es több mint 400 millió dollárról 2022-re becslések szerint 900 millióra. 

Más gazdaságok is fokozzák a beruházásokat. Az Európai Unió 2018-ban tett kezdeményezése (Quantum Flagship) a következő évtizedben mintegy 1 milliárd eurót pumpál a kvantumkutatásba. A célja egy 5000 kvantummal foglalkozó kutatóból álló hálózat kiépítése az EU-ban. Hasonlóképpen, 2023-ban Kanada is elindította a Nemzeti Kvantumstratégiát a kvantumkutatásba (141 millió dollár), a tehetségkutatásba (45 millió) és a kereskedelmi hasznosításba (169 millió) történő kormányzati beruházásokra. A japán kormány 2020-ban dolgozta ki kvantumtechnológiai és innovációs stratégiáját, amely nyolc új K+F-központot hozott létre. Majd 2022-ben ezt követte a Vision of Quantum Future Society (A kvantum jövő társadalma) stratégia, amelynek célja, hogy a kvantumtechnológiákat az ország gazdasági és társadalmi ellenálló képességének erősítésére használja fel. 

Kvantumszámítógép Forrás: shutterstock 

Hol tart most 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.  

2022-ben az USTC egyik kutatócsoportja olyan eredményeket tett közzé, amelyek szerint gyémántokat használtak egy fejlesztési célú kvantumradar képességeinek javítására. 

Bár az ottani szakemberek figyelemre méltó kutatásokat publikáltak a kvantumérzékelésről, különösen a kvantumradarról, ezek az eredmények (amelyeket megkérdőjeleztek) úgy tűnik, nagyrészt laboratóriumokra korlátozódnak. Pan Jian-vej – akit néha Kína „kvantumkutatásának atyjaként” emlegetnek – 2020-ban azt írta, hogy országa későn kezdte a területet kutatni, és azon dolgozik, hogy a hiányosságokat pótolja. 

Ehhez képest a kínai kvantumkutatók számos nagy horderejű sikert értek el a kvantumkommunikáció területén. 2016-ban történelmi áttörést értek el a Micius sikeres indításával – a világ első kvantumképes műholdjának sikeres felbocsátásával. A Pan Jian-vej és az USTC tudóscsoportja által kifejlesztett Micius úttörő lépéseket tett a feltörhetetlen műholdas kommunikációs rendszer felé. 

Egy másik jelentős kvantumkommunikációs áttörést jelentett, hogy egy szintén általa vezetett kutatócsoport 2000 kilométeres kvantumbiztosított kommunikációs kapcsolatot fejlesztett ki Peking és Sanghaj között. Ezt később négy nagyvárosi kvantumhálózatból és két földi műholdkapcsolatból álló integrált kvantumhálózattá bővítették. 

Az ázsiai nagyhatalom a kvantumszámítástechnika 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 fejlesztett ki. Az idén májusban lépett működésbe Kína 176 qubitből álló processzora, a Zuchongzhi, amely az ország legnagyobb számú qubitből álló kvantumprocesszora lett. A Kínai Tudományos Akadémia (CAS) által kifejlesztett Zuchongzhi már képes több milliószor gyorsabban feldolgozni feladatokat, mint egy hagyományos szuperszámítógép. Ez azonban még mindig elmarad a világ leggyorsabb processzorától, az IBM 2022-ben leleplezett 433 qubites megoldásától. Az ezekben a processzorokban lévő qubitek már most is magas száma ellenére a kvantumszámítógépeknek valószínűleg több ezer qubitre lesz szükségük ahhoz, hogy olyan összetettségű és kaliberű feladatokat hajtsanak végre, amilyeneket a tudósok szeretnének elérni. Az IBM célja, hogy 2023-ban debütáljon egy 1121 qubittal, 2025-re pedig egy több mint 4000 qubittal ellátott kvantumszámítógép. 

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. 

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 

A jelenlegi helyzet teljes megértéséhez azonban meg kell vizsgálni bizonyos típusú szabadalmakat. A nemzetköziek – azaz a több országban működő szabadalmi hivataloknál benyújtott szabadalmak – nehezebben szerezhetők meg. Ezek tekintetében a kínai vállalatok lemaradásban vannak.   

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 vállalatok és egyetemek a top 20-as lista felét tették ki, az IBM pedig 401 nemzetközi szabadalomcsaláddal az első helyen végzett. Japánban öt vállalat is helyet kapott 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.   

A kutatási cikkek száma 

Az országok összehasonlítására szolgáló alternatív mérőszám a kutatási cikkek publikálása.  

A kvantumtechnológia mindhárom területén Kína publikálta a legtöbb tudományos közleményt.  

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 számát, 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, ám az mégsem lesz kihívásoktól mentes. 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. A közelmúltban, az 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.  

Ha életbe lépnek, a szabályok megtiltják az amerikaiaknak, hogy a kvantumtechnológiák mindhárom területébe fektessenek be Kínában.  

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

Eredetileg megjelent a mandiner.hu/rovat/makronom oldalán.

Borítókép: 123rf