2018. február 6.

Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont vezetésével a Magyarországon kvantumtechnológiai kutatásokat végzőket összefogó, erre a célra létrejött konzorcium, a HunQuTech kvantumtechnológiai projektet indít.

A konzorcium tagjai:

  • MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont (konzorciumvezető)
  • BME TTK, Fizikai Intézet,
  • BME VIK, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék,
  • BME VIK, Egyesült Innovációs és Tudásközpont,
  • ELTE TTK Fizikai Intézet, Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék
  • MTA EK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet, Mikrotechnológiai Osztály
  • BHE Bonn Hungary,
  • Ericsson Magyarország,
  • Femtonics,
  • Nokia Bell Labs.

A projekt célja egy Magyarországon fejlesztett és épített kvantumtitkosító rendszer mellett, hogy megerősödjenek azok a kutatások és technológiák, amelyek a kvantumtechnológiai ágazattal foglalkoznak. A „Kvantumbitek előállítása, megosztása és kvantuminformációs hálózatok fejlesztése" című projektet a Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alap négy éven keresztül 3.5 milliárd forinttal támogatja a Nemzeti Kiválósági Program, Nemzeti Kvantumtechnológia Alprogram keretében, melyet 2017-ben hírdetett meg.

A HunQuTech célja, hogy a projekt keretében a következő négy évben létrehozzon:

  • Egyfoton forrást, amely a kvantummechanika elvei által garantált biztonságos kommunikációhoz szükséges. Az egyfoton forrást ionadalékolt nanokristályokkal, illetve színcentrum ponthibát tartalmazó félvezető kristályokban hozzuk létre.
  • Összefonódott fotonpár-forrást. Ezt terveink szerint parametrikus legerjesztéssel működik majd. Az építendő eszközben egy kettőstörő kristályt erős lézerfény világít meg, a kristály a lézer nagyenergiás fotonjainak egy kis részét összefonódott fotonpárokká alakítja, ezek jól  meghatározott irányok mentén lépnek ki a kristályból.
  • Kvantumkommunikációs  rendszert, úgy szabad térben, mind optikai kábelen keresztül.
  • Különböző fizikai elveken alapuló kvantummemóriákat, amik elemi építőkövei lehetnek a kvantummechanikában rejlő számítási lehetőségeket kiaknázó jövendőbeli eszközöknek (csapdázott rubídium atomok hiperfinom elektronállapotaiban, ill. magspinben).
  • Egybites kvantumlogikai kapukat  (pl. mikrohullámú terekkel atomokban, ill. elektronspinen)
  • Kétbites kvantumlogikai kapukat (pl. szupravezetőben elektronpárokra).
  • A mágneses mezőt nagy térbeli felbontással mérő eszközt, ami az optikailag detektált mágneses rezonanciát használja. A kvantumtechnológia hozzájárul az érzékelés pontosságának nagyságrendekkel történő megjavításához.
  • Új algoritmusokat a kvantumfizikai rendszerek hatékony szimulációjára. Ezekkel a kvantumtechnológiában használatos rendszerek modellezése mellett az anyagtudomány nagy nyitott kérdéseihez is kapcsolódunk, így pl. a magas hőmérsékletű szupravezetéshez.

A projekt végén, 2021-ben a kvantummechanika elvein alapuló titkosítással rendelkező kommunikációs csatornát valósítunk meg laboratóriumi körülmények között, és demonstráljuk ezen kvantumkommunikációs rendszer védettségét támadások ellen. A kvantumtechnológiai fejlesztési potenciál eléréséhez a meglévő laboratóriumi kapacitás jelentős bővítését végezzük el. A projekt során közösen építjük meg a kvantumbitek mikrohullámú, illetve lézeres manipulációját lehetővé tevő kiterjesztéseket, és a kvantumkommunikációhoz szükséges fotonikai eszközöket.

A projekt tevékenységeiben a kvantumtechnológia mind a négy “pillére” megjelenik, amelyeket a terület vezető kutatói egy részletes tanulmányban, a Quantum Manifesto-ban (http://qurope.eu/manifesto) határoztak meg, és amelyet átvett az EU H2020 Quantum Technologies Flagship program is. A kvantummechanika törvényein alapuló technológiák forradalmian új megoldásokat fognak hozni a mérés- és érzékeléstechnikában, az informatikában és a kommunikációban a következő években. Az előző évszázadban az emberiség felfedezte az anyagi világot az atomi méretskálán uraló kvantummechanikát.  Most, és az előttünk álló években a kutatók szerte a világban, ahogy a konzorciumunk tagjai is, már a technológiai lehetőségeket keresik a kvantummechikában az olyan különböző alkalmazásokhoz, mint biztonságos adatátvitel, az érzékelési pontosság elvi végső határáig működő szenzorok, fundamentálisan új számítási paradigmák. Ezekben az alkalmazásokban a kvantumtechnológia ugrásszerű javulást hoz majd a kapacitás, a pontosság és a sebesség terén is. Az olyan  óriáscégek, mint például a Google, a Microsoft, az Intel, a Toshiba és az IBM is felismerték a kvantumtechnológiában rejlő potenciált, ezért a kvantumfizikai kutatásokat jelentős összegekkel támogatják. Az Európai Unió 2018-ban elindított  új zászlóshajó programjának,  a Quantum Technology Flagshipnek pedig 1 milliárd euró lett előirányozva a következő 10 évre.

A “Kvantumbitek előállítása, megosztása és kvantuminformációs hálózatok fejlesztése” projekt mérföldkövei:

Az első mérföldkőig (2018) beszerezzük a tervezett kvantumtechnológiai kutatásokhoz szükséges mérőeszközöket és egyéb laborfelszereléseket. Új, nemzetközi szintű laboratóriumokat indítunk el, a meglévő laboratóriumok eszközparkját felfejlesztjük. Az eszközök egy részét külön specifikációk szerint legyártatjuk, más részét kutatókat kiszolgáló cégektől beszerezzük. Ezekből az alkatrészekből állítjuk majd össze azokat a kompakt, "table-top" kísérleti elrendezéseket, amelyek az elvárt pontosság, zajmentesség, illetve extrém működési tartományuk (pl. hőmérséklet, vákuum vagy mágneses tér) révén csúcstechnológiát képviselnek. Megtervezzük az egyedi kísérleti rendszereket, amelyeken a kereskedelmi forgalomban kapható eszközökön és összeállításokon túlmutató kutató-fejlesztő munkát is lehet folytatni. Az első munkaszakaszban megkezdjük a kvantumtechnológiai elméleti módszerek fejlesztését és a konkrét berendezéseken tervezett kísérletek előkészítését.

A második mérföldkőig (2019) beüzemeljük a beszerzett mérőeszközöket és egyedi gyártású készülékeket. Elvégezzük az eszközök specifikációjának a kvantumtechnológiai kísérletek által megkívánt nagy pontossághoz elengedhetetlenül szükséges tesztelését. Az eszközöket előkészítjük az egyedi kísérleti elrendezésekbe történő integrálásra.

A harmadik mérföldkőig (2020) elérendő legfontosabb lépés az összeállított berendezések hitelesítése nevezetes kvantumos kísérletek segítségével: Rabi-oszcillációval, Hanbury-Brown és Twiss interferometriával, Bell-egyenlőtlenség-sértés tesztekkel. Demonstráljuk, hogy valóban elértük a kvantumos tartományhoz szükséges pontosságot, egyben meg tudjuk mérni az adott kísérleti berendezésekre jellemző koherenciaidőt, ami a legfontosabb korlátozó paraméter a kvantumtechnológiai alkalmazásokban.

A negyedik, végső mérföldkő (2021) az új kvantumtechnológiai eszközök demonstrálása. A projekt utolsó munkaszakaszában megvalósítjuk a kvantummechanika elvein alapuló titkosítással rendelkező kommunikációs csatornát laboratóriumi körülmények között, és demonstráljuk ezen kvantumkommunikációs rendszer védettségét támadások ellen. A nanokristályban lévő ponthibákkal megvalósított kontrollált kvantumbiteket, mint kvantumos érzékelő rendszereket alkalmazzuk valódi, biológiai és élettani rendszerek vizsgálatára. Egy- és kétbites kvantuminformatikai műveleteket végzünk a projekt során előállított, különböző fizikai rendszereken megvalósított, materiális kvantumbiteken.

További információk a HunQuTech konzorciumról:
https://wigner.mta.hu/quantumtechnology/
Sajtókapcsolat:  Werovszky Veronika, MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont
E-mail: werovszky.veronika@wigner.mta.hu
Tel: +36304318895