GÉPEMBEREK – EMBERGÉPEK
A tudomány évtizedek óta vár az első igazi kvantumszámítógépre, amely földcsuszamlást indíthat el a számítástechnikában. Alapvetően megváltoztathatja a gépi problémamegoldást, feltörhet minden kódot, tönkreteheti a bankokat és olyan kérdésekre adhat választ amelyeket még fel sem tettünk.
A Google-nek sikerült olyan kvantumszámítógépet építenie, amely 53 kvantumbit segítségével olyan problémát oldott meg körülbelül 3 perc alatt, amelyhez a jelenlegi leggyorsabb szuperszámítógépnek több mint 10 ezer évre lenne szüksége. Így a kutatók saját bevallásuk szerint elérték a kvantumfölényt.
Kvantumszámítógépek ugyan már léteznek, de még viszonylag gyerekcipőben járnak. A szóban forgó kvantumfölény jelképezné a hagyományos számítástechnika utáni korszakot. Akkor érhető el, amikor egy kvantumszámítógép megold egy olyan problémát, amelyre egy hagyományos számítógép képtelen. A kvantumfölény kvalifikációját lazán értelmezte a Google, mert olyan számítást végeztek, amely jelenleg is üzemelő, klasszikus számítógéppel is megoldható, viszont az értelmetlenül hosszú időnek tekinthető 10 ezer év alatt. Ha ennyi időre van szüksége egy klasszikus számítógépnek a megoldáshoz, akkor jogosan mondhatjuk, hogy gyakorlatilag nem képes rá, azaz beléphetünk a kvantumkorszakba.
Az IBM kutatói nagyon magasra húzták a szemöldöküket a hír hallatán. Nem csoda, hiszen az összehasonlítás alapja, a Google Sycamore által lekörözött, tízezer évig töprengő szuperszámítógép nem más, mint az IBM Summit. Utóbbi építői először azt kritizálták, hogy a kvantumfölény szigorúbb megfogalmazását nem teljesíti a Sycamore, majd azt, hogy erős túlzás 10 ezer éves futásidőt jósolni a Summitnak: az IBM kutatói maguk is megbecsülték, és szerintük a szóban forgó problémát az ő szuperszámítógépük két és fél nap alatt megoldja, így túlzás azt állítani, hogy a percek és a napok közötti különbség igazi paradigmaváltás lenne. Érdemes hozzátenni, hogy a Summit a világ leggyorsabb szuperszámítógépe, melynek több tízezer processzora két focipályát foglal el, és képes másodpercenként több mint 1017 művelet elvégzésére, tehát nem feltétlenül nevezhető hagyományos számítógépnek. Ettől függetlenül tény, hogy klasszikus elveken működik.
A bejelentés legellentmondásosabb része viszont nem az idő, hanem az, hogy milyen problémákat oldanak meg a kvantumszámítógépek. Azok a komputerek, amelyek jelenleg okostelefonokban, okosórákban vagy épp szuperszámítógépekben teljesítenek szolgálatot, rendkívül sokoldalúak, szinte bármire használhatók. Képesek klímamodellezésre, elintézik a banki tranzakciókat, feldolgozzák a lépésszámlálók adatait vagy épp dinoszauroszokat rajzolnak a mozivászonra. A kvantumszámítógépek viszont alig néhány feladatot képesek megoldani, csak nagyon specifikus számításokat, szigorúan szabályzott körülmények között. Univerzális feladatmegoldási képességük rendkívül gyenge, azt sem feltétlenül képesek megoldani, hogy mennyi 1+1.
De nem is feladatuk ez, hiszen erre most még ott vannak az univerzális klasszikus számítógépek, melyek rendkívül jól működnek a legtöbb probléma megoldásában. A kvantumszámítógépek ereje azon feladatok megoldásában rejlik, amelyre a klasszikus számítógépek soha sem lesznek alkalmasak. Ilyenek lehetnek fizikai, kémiai kutatások, gyógyszeripari modellezések, bonyolult pénzügyi folyamatok elemzése és rengeteg optimalizációs probléma. Pont emiatt alkotta meg a kvantumfölény kifejezést John Prescott elméleti fizikus 2012-ben, mint egy képzeletbeli határt, amelyen átlépve a kvantumszámítógépek már tényleg képesek olyan számításokat végezni, amelyeket a klasszikusok nem, megnyitva egy teljesen új ajtót a számítástechnikában.
Az egyik leghíresebb probléma, amibe beletörik a klasszikus számítógépek foga, az “utazó ügynök problémája” a következő: az utazó ügynöknek adott számú várost kell meglátogatnia, majd visszajutnia a kezdőpontba. Tudja az összes város távolságát egymástól, célja, hogy minél gyorsabban és olcsóbban utazzon, így próbálja kiszámolni, hogy melyik út lesz a lehető legrövidebb. 4-5 város esetében ez még könnyű feladat, kipróbálgathatja egyenként a lehetséges kombinációkat, majd azokat összehasonlítgatva megtalálja a legrövidebbet. Viszont már 20 város esetében is több mint 1016 lehetséges útvonal van, amelyeket egyenként kell összehasonlítgatnia a számítógépeknek. Egy kvantumszámítógéppel nagyságrendekkel felgyorsítható a számítás – főleg ha még több településsel kell számolni –, amelynek elvégzésére belátható időn belül a klasszikus gépek képtelenek.
A kvantumszámítógép titka az, hogy nem bitekkel dolgoznak – ezek a számítástechnika legalapvetőbb építőkockái –, hanem kvantumbitekkel, qubitekkel (vagy kubitekkel), melyek teljesen más fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek.
A hagyományos bitek alapvetően apró kétállású kapcsolók: fel vagy le, van áram vagy nincs áram, 1 vagy 0. A számítógépek milliárd és milliárd apró kapcsolót kapcsolgatnak elképesztő tempóban, így végeznek számításokat.
A qubitek viszont felrúgják a kapcsolás alapvető szabályát, miszerint valami vagy be van kapcsolva vagy ki. A mikroszkopikus világban a részecskék kvantumtulajdonságokkal is rendelkeznek, melyek egyike, hogy egy rendszer egyidőben két állapotban, de leginkább azok keverékében lehet egyszerre, azaz egy kapcsoló lehet fel- és lekapcsolt állapotban egyszerre: ez a szuperpozíció, erről szól Schrödinger tanmeséje a macskáról, aki egyszerre él és halott, attól függően, hogy megfigyeli-e valaki állapotát.
Egy qubit a fel- és lekapcsolt állapot között számtalan más értéket felvehet, különböző valószínűségekkel arról, hogy épp melyik lehet. Ez a tudományág szakértőinek világán túl elég megfoghatatlannak tűnik, a lényeg esetünkben annyi, hogy így is lehet velük logikai műveleteket végezni. A kvantumszámítástechnika másik alappillére pedig az összefonódás: két kvantummechanikai állapot képes úgy összefonódni, hogy azok állapota egymásétól függ – ráadásul attól függetlenül, milyen messzire távolítjuk őket egymástól.
A szuperpozíciót és a kvantumösszefonódást kihasználó qubitek a számítási teljesítményt elméletileg minden egyes hozzáadott qubittel exponenciálisan növelik, az 53 qubit felveszi a versenyt a két focipályányi klasszikus szuperszámítógéppel (azon az egy specifikus feladaton), de ha a jövőben 60 qubites rendszert épít a Google, akkor az már 33 Summital venné fel a versenyt.
De már 53 qubit összehozása is szinte emberfeletti feladat volt. A rendszer fénytől teljesen elzártan, vákuumban, az űrnél is hidegebb, millikelvines hőmérsékleten, azaz -273 Celsius-fok alatti kamrában működik, és még így is csak rövid ideig. A qubiteket ugyanis a legkisebb külső világból érkező inger is “megzavarja”, és visszabillenti klasszikus bitté, azaz olyan “formátumba”, melyben már csak 0 vagy 1 állapotot vehetnek fel a 0 és 1 helyett.
A számítástechnikai fejlődés csavart labdája, hogy a klasszikus számítógépek idővel egyre kisebb helyet foglaltak el, de már a mikroszkópikus méretekkel kacérkodnak. Ezáltal lassan már egy fizikai határvonatlhoz érünk: a tranzisztorokat már nem sokáig lehet tovább kicsinyíteni, mert abban a mérettartományban pont azok a kvantumfizikai jelenségek kezdenek előjönni és szabotálják a klasszikus számítógépek működését, melyeken a kvantumszámítástechnika alapszik.
Andrew Yang a Google bejelentése után baljósan kijelentette, hogy beköszöntött a kvantumkorszak, nincsenek többé feltörhetetlen kódok. Ugyan a jelenlegi legelterjedtebb titkosítási eljárás – ami például banki tranzakciókat is védi – elméletben valóban feltörhető lehet kvantumszámítógépekkel.
EMBERGÉPEK-GÉPEMBEREK
A teljesítményfokozók évezredek óta kísérik az olimpiák történetét. Bár az ókori görögök még nem szteroidokkal vagy 3D-nyomtatással felturbózott birkózódresszel pörgették csúcsra magukat, hanem hallucinogén gombákkal, borral vagy éppen szezámmaggal próbálkoztak, nem is tiltották a különféle doppingszerek fogyasztását. Később a modern orvostudomány hajnalán Charles-Édouard Brown-Sequard életelixírje lett az első ismert gyógyital, amit az amerikai profi sportolók a 19. században doppingszerként használtak. A főzet kutyák, nyulak, bárányok, tengerimalacok és más állatok ivarmirigyeiből kinyert tesztoszteront tartalmazott.
Manapság, ugyanúgy, mint eddig, a sportolók az orvostudomány és a technológia együttes fejlődését tükröző, legális és illegális teljesítményösztönzőkkel próbálnak még gyorsabban futni, még magasabbra ugrani, még pontosabban célba lőni. Orvosi analitikai eszközök és az élettani paramétereket edzés közben szondázó szenzorok segítik az egyre precízebb és személyre szabottabb felkészülést, különféle csodaruhák és -cipők gondoskodnak a még áramvonalasabb testről és a még rugalmasabb mozgásról, és persze az illegális doppingszerek sem koptak ki a pályáról. A tokiói olimpián eddig három sportoló– egy grúz súlylökő, egy nigériai és egy kenyai sprinter – doppingtesztje lett pozitív, a Nemzetközi Doppingellenes Ügynökség (WADA) pedig óriási vitát generált, amikor egy pozitív THC-teszt miatt eltiltotta Sha’Carri Richardsont a részvételtől.
De mi a helyzet a génmódosítással? A WADA nagyon is tart tőle, amit az is mutat, hogy a szervezet már 2003 óta tiltja a génmódosítást és a génterápiát, ha megvan benne a sportteljesítmény fokozásának potenciálja. 2018 óta felkerült a feketelistára a génmódosított sejtek és a genomszekvenciák vagy a génexpresszió bármilyen mechanizmussal történő megváltoztatása, beleértve a génszerkesztést, a géncsendesítést– vagyis adott fehérje termelésének szabályozását a genetikai kód átírása nélkül, mikroRNS-ek segítségével – és a különféle géntranszfer-technológiák használatát.
A doppingellenes ügynökség eddig egy sportolónál sem talált genetikai doppingra utaló nyomokat, annak ellenére, hogy tíz évig is megőrzi a sportolóktól vett mintákat, és ismételt vizsgálatnak vetheti alá őket. Arra számos példa akadt már, hogy a WADA korábbi olimpiákon szereplő sportolók mintáiban utólag kimutatta valamilyen doppingszer nyomait. A genetikai dopping esetén azonban egyelőre túl sok a nyitott kérdés: nem világos, pontosan hogyan tudnák teljesítményfokozásra használni a sportolók, mi történne, ha ezt mégis megtennék, és hogyan bukkanhatnának a géndopping nyomára a hatóságok. Ráadásul mivel államilag támogatott programokon keresztül szervezett formát is ölthet a doppingolás, a méregdrága génterápiás módszerek nagy valószínűséggel előbb válhatnak elérhetővé egy kiterjedt hálózatnak, mint egy-egy sportolónak. Kérdés, hogy tart-e ennek a közelében a technológia.
Az utóbbi évek egyik legizgalmasabb és legjobban fejlődő területe a génszerkesztés, azon belül is a CRISPR technológia térhódítása. Jelentőségét az is mutatja, hogy 2020-ban Jennifer A. Doudna amerikai és Emmanuelle Charpentier francia kutatók nyerték el a kémiai Nobel-díjat a CRISPR/Cas9 genetikai olló kifejlesztéséért. Idén június végén amerikai kutatók pedig már egy olyan tanulmányt publikáltak, amelyben az eljárással sikerült egy ritka genetikai eredetű betegség, a transztiterin amiloidózis kezelése, ráadásul bebizonyították, hogy a CRISPR/Cas9 injekció formájában is bejuttatható a véráramba. Ez rengeteg akadályt megszüntet a génszerkesztés gyakorlati alkalmazása előtt.
Greg Neely, a Sydney Egyetem funkcionális genomikával foglalkozó szakértője úgy vélte, hogy épp a CRISPR lehet a genetikai dopping legvalószínűbb módja. Egerekkel és sejtekkel végzett kísérletei azt mutatták, hogy a CRISPR/Cas9 segítségével sokkal egyszerűbb kiiktatni egy gént és precízen újraprogramozni egy nukleotidot, mint bázisszerkesztéssel – ez a módszer a DNS vágása helyett az egyik DNS-bázist közvetlenül egy másikká változtatja át a gén többi részének károsítása nélkül – vagy az újnak számító prime editing technológiával, amely a DNS mindkét szálának elvágása helyett csak az egyiket módosítja. Neely szerint mindenesetre ezeknek a technológiáknak a jelenlegi, alacsony hatékonysága miatt – a CRISPR, bázisszerkesztés vagy prime editing módszerrel megszerkesztett géneket csupán a sejtek töredéke tartalmazza – nehéz megjósolni, pontosan melyik módszer válik majd be a genetikai doppingra.
Egyes szakértők szerint a tokiói olimpián még nincsenek genetikailag doppingolt sportolók, ugyanakkor a közeljövőben ez a kérdés az embriók génszerkesztésének etikai vitájához hasonlóan, konkrét példán keresztül robbanhat be a köztudatba.
Mario Thevis, a kölni Testnevelési Egyetem doppingmegelőzéssel foglalkozó kutatója nemrég olyan tesztet mutatott be, amelyik egerekben akár nyolc órán át is képes kimutatni a CRISPR/Cas9 génszerkesztésnél használt Cas9 fehérje jelenlétét. Véleménye szerint nem zárható ki annak lehetősége, hogy a tokiói játékokon bemutatkozó sportolók már most is használják doppingolásra a CRISPR technológiát. Thevis szerint a génszerkesztési stratégiák elérhetők és vissza lehet élni velük, bár a módosítás nyilvánvalóan egy sor ismert és ismeretlen kockázattal jár.
Szakértők szerint a lehetséges módszerek közé tartozik, hogy génszerkesztéssel megváltoztatják a vérben található, őssejtekhez hasonló progenitor sejteket, ami fokozott vörösvérsejt-termeléshez vagy a hemoglobin oxigénszállítási hatékonyságának megváltoztatásához vezethetne, megemelve a véroxigénszintet és így a teljesítmény is. Ezzel lényegében hasonló eredményt lehetne elérni, mint a sportolók által használt más, illegális módszerekkel – például a megnövelt hemoglobinszámú vér transzfúziójával, hipoxiás kezeléssel vagy az eritropoietin (EPO) nevű készítménnyel.
Egy másik elméleti lehetőség a genetikai dopping használatára, ha a CRISPR módszerrel ki lehetne kapcsolni a miosztatin nevű gént, amely ismert izomsejtnövekedés-gátló tulajdonságokkal bír. Nincs bizonyíték rá, hogy a sportolók közül bárki is próbálkozott volna bármelyik módszerrel, és jelenleg egyáltalán nem biztos, hogy bármelyik révén előnyt tudnának szerezni. Sőt, ezek a módszerek olyannyira gyerekcipőben járnak, hogy megjósolhatatlan és a legrosszabb esetben visszafordíthatatlan egészségkárosító hatásuk lehet.
Például miközben a tudósok tisztában vannak azzal, hogy a miosztatin-mutációkkal születettek hajlamosabbak nagyobb izomzatot növeszteni, ez természetesen előforduló genetikai háttérrel történik, ahol a sejtek száz százalékában ugyanazok a gének szerepelnek. Egy genetikailag doppingolt sportoló azonban csupán töredéknyi génszerkesztett sejttel rendelkezne, amelyek mozaikszerűen jelennének meg a vérben vagy az izomzatban. Ezen kívül fogalmunk sincs, hogy a vágyott tulajdonságot hordozó gének hogyan bontanák meg testünk finomra hangolt egyensúlyi helyzetét. Sőt, még ha sikerülne is egy célzott gént megváltoztatni, Josef Penninger, a Brit Columbia-i Egyetem molekuláris immunológusa szerint akkor is bajban lennénk, mivel a teljesítményfokozáshoz legtöbbször valószínűleg 10-20-féle gént kellene egyidejűleg megváltoztatni.
Bowman szerint a génszerkesztés ígérete a társadalmi egyenlőtlenségek kérdését is felveti, hiszen rengeteg sportoló nem engedheti meg magának az általában méregdrága kísérleti CRISPR-kezeléseket. Ahogy a gazdagabb országok sportolói jobb diétához, nevesebb edzőkhöz és professzionálisabb edzéstervekhez juthatnak hozzá, nagy valószínűséggel ők lennének a genetikai dopping első számú kedvezményezettjei is. Már ha a kockázatok ismeretében beszélhetünk pozitív hatásokról.
És bár önmagában a felnőttek genetikai doppingja is rengeteg kérdést vet fel, kutatók szerint még ennél is problémásabb az embriók genomjának potenciális hekkelgetése. Egyrészt ezeket a változtatásokat lehetetlen lenne észrevenni a már felnőtt sportolókon, ugyanis ha biztonságosan és a nem kívánt genetikai változtatásokat elkerülve el lehetne végezni a génszerkesztést, a születendő gyermeknél úgy tűnne, mintha feltuningolt génjei a természet adományai lennének. Másrészt a felnőttek megszerkesztett génjeihez képest az embriókorban elvégzett változtatások továbböröklődnének a jövő generációkra, és teljességgel lehetetlen lenne megjósolni, milyen hatásokkal járnának.
A tudósok többsége szerint pontosan emiatt lenne szükség megfelelő szabályozásra. Bowman szerint ugyanakkor a génszerkesztés szabályozására nem lesz globálisan egységes keretrendszer: néhány ország szigorúbban, mások lazábban kezelik majd a kérdést. Így elképzelhető, hogy azok a sportolók, akik igyekeznek genetikai módszerekkel kitolni határaikat, a lazább szabályozást bevezető országokba vándorolnak.