Komputer kwantowy przez długi czas był zaledwie ideą w głowach szalonych informatyków. Jego składowymi miały być pojedyncze atomy. Przepowiadano, że szybkość i wydajność takich maszyn będą niewyobrażalne. Za ich pomocą będzie można w rozsądnym czasie złamać każdy szyfr, dostać się do najbardziej strzeżonej bazy danych wojska i policji, dokonać symulacji procesów wymagających olbrzymiej mocy obliczeniowej (m.in. wybuchów jądrowych, symulacji ruchu lotniczego, prognozowania pogody). Jako że świat atomów rządzi się prawami mechaniki kwantowej, komputer zbudowany z tych elementów działałby według reguł szczególnych. Kwanty mogą znajdować się jednocześnie w różnych miejscach, komunikować się ze sobą z szybkością większą od prędkości światła, a także przeskakiwać z jednego miejsca w inne bez stanów pośrednich. Trzeba przyznać, że to zaskakująca podstawa do budowy urządzenia mającego liczyć dokładnie i niezawodnie.
|
Ideę kwantowej maszyny liczącej sformułował w 1982 roku laureat Nagrody Nobla – Richard Feynman. Mimo że od tej chwili minęło kilkanaście lat, większość naukowców jeszcze do niedawna uważała komputer kwantowy za chimerę. Dopiero w 1995 roku dwa zespoły naukowców z USA zbudowały elementy układu liczącego na bazie mechaniki kwantowej, udowadniając, że rzecz jest możliwa do zrealizowania.
Zwykłe komputery, jak wiadomo, dokonują obliczeń za pomocą bitów. Jeden bit może przyjąć wartość 0 lub 1. Polecenia i dane przekazywane maszynie mają postać łańcuchów bitów. Na nich dokonywane są operacje logiczne i arytmetyczne.
Podobne twory znajdujemy również na płaszczyźnie mechaniki kwantowej. Zrozumienie ich istoty przychodzi najłatwiej, mając w pamięci najprostszy z atomów – atom wodoru. W najbardziej uproszczony sposób zwykło się go przedstawiać jako jądro (cząstkę materii o ładunku dodatnim), wokół którego krąży po orbicie elektron. Z lekcji fizyki wiadomo, że ów elektron może znajdować się w stanie podstawowym lub przeskakiwać na orbity bardziej oddalone od jądra. Stan, w którym elektron znajduje się na wyższym poziomie energetycznym, nosi nazwę wzbudzonego. Każdy ze wspomnianych – stacjonarnych – stanów charakteryzuje stała, właściwa im energia. Ten, którego energia jest najniższa, odpowiada “0”, następny po nim – “1”. Zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej można przenieść elektron na wyższy poziom, dostarczając mu energię równą różnicy energetycznej “stanu pożądanego i aktualnego”. Praktycznie oznacza to naświetlanie go przez pewien określony czas wiązką światła o takiej długości fali, by energia fotonów odpowiadała wartości potrzebnej do “wypchnięcia” elektronu o poziom wyżej. Jeśli jednak czas naświetlania będzie zbyt krótki (użyjemy promienia laserowego o odpowiedniej długości fali i krótszego czasu ekspozycji), elektron zostanie wytrącony ze stanu stacjonarnego i znajdzie się w stanie będącym superpozycją zera i jedynki. Odpowiada to bitowi świata kwantowego, którego przyjęło się nazywać “qubitem”.
