„Tíz év után ismét Magyarországon kutatok”

Kvantum-információelméleti kutatásokra kapott Bolyai-ösztöndíjat a BME TTK matematikus-fizikus kutatója, aki ősszel tért vissza Alma Materébe.

„A kvantum-információelmélet napjaink egyik legdinamikusabban fejlődő kutatási területe, és számtalan érdekes probléma forrása a matematikában, a fizikában és a számítástudományban. A lehetséges alkalmazások jelentőségével kapcsolatos várakozásokat jól mutatja, hogy például Nagy-Britannia 2013-ban indított egy 270 millió font össztámogatású kutatási alapot, az Európai Unió pedig 2018-tól tervezi egy egy milliárd eurós kiemelt ún. „flagship project” (zászlóshajó program – szerk.) indítását kvantumtechnológiák kutatására és hasznosítására, miközben olyan nagy cégek, mint a Google, az IBM, vagy a Microsoft már létrehoztak kutatócsoportokat hasonló célra” – ismertette kutatási területének hátterét Mosonyi Milán, a BME Természettudományi Kar Matematika Intézet Analízis Tanszék egyetemi docense. Elméleti kutatási terveit az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjjal ismerte el (pályázatának címe: Hibaexponensek és kvantum divergenciák a kvantum információelméletben – szerk.).

„A kvantum-információelmélet 'Szent Grálja' egy működő kvantumszámítógép megalkotása, amely a várakozások szerint számos problémát sokkal gyorsabban oldana meg, mint napjaink számítógépei. Ilyen például a nagy számok prímtényezőkre bontása, amire jelenleg nem létezik a hagyományos számítógépekkel hatékonyan megvalósítható algoritmus, és ez biztosítja a ma használt titkosítások nagy részének alapját. Egy kvantumszámítógéppel azonban a prímtényezőkre bontás „könnyűvé” válik (matematikai nyelven, polinom időben megoldható), aminek egyik következménye, hogy egy kvantumszámítógép birtokában bárki könnyedén feltörheti a ma használt nyilvános kulcsú titkosításokat. Többek között ezért is szükséges új, a mostanitól eltérő alapokon nyugvó titkosítási eljárások kidolgozása, amelyre szintén a kvantum-információelmélet szolgáltat megoldást, és ami – a kvantumszámítógéppel ellentétben – már jelenleg is a széles körű üzleti célú alkalmazhatóság küszöbén áll” – fejtette ki a Bolyai-ösztöndíjas kutató.

„A kvantum-információelmélet elvi alapjait az ún. kvantum Shannon-elmélet adja, amely a kutatási területem. Az információelmélet két alapproblémája az információ többé-kevésbé veszteségmentes tömörítése, illetve az információ zajos csatornán történő, megbízható továbbítása.  Ez utóbbi esetben az átvitel minősége javítható például úgy, hogy ugyanazt az üzenetet többször küldjük át, vagyis többször használjuk a csatornát (például egy távírót). A csatorna használatának azonban költségei vannak, így az az érdekünk, hogy egy adott dekódolási hibát egy csatorna minél alacsonyabb számú használatával érjünk el, illetve, hogy a csatorna egy adott számú használatával minél több üzenetet tudjunk minél kisebb hibavalószínűséggel átküldeni. Kutatásom egyik központi témája e mennyiségek elméletileg elérhető legjobb értékeinek meghatározása” – tette hozzá Mosonyi Milán.

„A Shannon-féle klasszikus információelmélet egyik alapgondolata, hogy az információ valószínűségszámítási módszerekkel modellezhető. Például egy magyar nyelvű szöveg egy számítógép számára betűk véletlenszerű sorrendjeként írható le, amelyben a betűk és betűkombinációk felbukkanási valószínűségei ismert, a magyar nyelvre jellemző értékek. A kvantummechanika szintén egy valószínűségi elmélet, ám a szabályai különböznek a klasszikus (például a kockadobások kimenetelét leíró) valószínűség-számításéitól. Matematikailag ennek hátterében az áll, hogy míg a klasszikus fizikai mennyiségeket valamilyen halmazon ható, egymással felcserélhető függvények írják le, a kvantumrendszerek fizikai mennyiségeit nem felcserélhető mátrixokkal vagy operátorokkal lehet leírni. Ennek eredményeként a kvantum-információelméleti tételek bizonyítása matematikailag jóval bonyolultabb, mint klasszikus információelméleti megfelelőiké. Ugyanakkor a bonyolultabb matematikai struktúra sokszínűbb információelméletet is eredményez – a klasszikus információelméletben ismeretlen jelenségekkel és problémákkal. Ez áll a fent említett, az információs technológiát potenciálisan forradalmasító alkalmazások (többek között a kvantumtitkosítás vagy a kvantumszámítógép) hátterében.”

A BME fiatal tudósa közel 10 évet kutatott külföldön, számos nemzetközi ösztöndíj és kutatói pályázat nyerteseként. Szeptemberben bizakodva tért haza a Müncheni Műszaki Egyetemről, immáron az MTA ösztöndíjasaként. „Megtisztelő érzés Bolyai-ösztöndíjasnak lenni. Kutatói pályám rangos elismeréseként tekintek e díjra, és külföldről hazatérő kutatóként örömmel tölt el, hogy a hazai akadémiai társadalom számít rám és a tudományos munkámra” – hangsúlyozta az ősztől Magyarországon kutató és oktató matematikus-fizikus. Mosonyi Milán bízik abban, hogy a külföldi kutatóévek alatt felépített kapcsolati tőkéjét és gyakorlati tapasztalatait itthon is hasznosítani tudja. A kutató örömét fejezte ki, hogy a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj lehetőséget teremt a tudományos munkára történő összpontosításra a hazatérése után is. „Elméleti kutatóként az akadémiai pálya mellett köteleztem el magam. Szeretnék hallgatókkal is együtt dolgozni, és a hosszú távú célom egy matematikailag erős kvantum-információelméleti csoport létrehozása a BME Matematikai Intézetében” – avatott be terveibe a Műegyetem Bolyai-ösztöndíjjal kitüntetett docense.

TZS - TJ

Fotó: Philip János