Niezdecydowany komputer
Przeprowadzenie względnie prostych obliczeń za pomocą tradycyjnego komputera wymaga sekwencyjnego operowania zerami i jedynkami, czyli bitami. Maszyna kwantowa jest pod tym względem bardziej uniwersalna – jej podstawowe “przełączniki” nie są ograniczone do dwóch zaledwie stanów. Qubity – kwantowe odpowiedniki bitów – mogą przyjmować wartości zero, jeden, kombinację tych dwóch stanów lub wartości gdzieś pomiędzy tymi skrajnościami. Co więcej, nie można stwierdzić, czy taki qubit w ogóle istnieje – stanowi on tylko mniej lub bardziej prawdopodobną statystyczną szansę na to, że będzie występował w określonym czasie i miejscu. Jak budować maszynę liczącą, opierając się na “duchach”?
Wszystko na jeden raz
Ta nieokreśloność stanowi właśnie o olbrzymim potencjale komputerów zbudowanych na bazie tych dziwacznych jednostek informacji. Wszystkie potencjalnie możliwe stany, jakie mogą przyjmować qubity, mają miejsce jednocześnie – praktycznie więc wszelkie warianty są realizowane równolegle. To tak, jakby tradycyjny komputer w tym samym czasie wykonywał obliczenia na wszelkich możliwych danych. Sprawdzenie wszystkich rekordów w dowolnie dużej bazie danych trwałoby tylko tyle, ile sprawdzenie jednego rekordu. David Deutsch, jeden z najważniejszych autorytetów w tej dziedzinie, nazwał ten efekt “kwantowym paralelizmem”.
Pewnym problemem jest odczytanie wyniku obliczeń. Gdyby to zrobić w najprostszy sposób, poddając układ stałej obserwacji, zaburzyłoby się strukturę kwantową, “unieruchamiając” maszynerię. Dlatego nie obserwuje się stanu energetycznego atomów, które służą do obliczeń, lecz sprzężone z nimi stany spinowo-orbitalne. Stan takiej pary jest ściśle skorelowany – gdy jeden przyjmie wartość spinu góra, drugi natychmiast przyjmuje spin dół. W ten sposób nie uzyskuje się jednak konkretnych liczb, lecz tzw. gęstość prawdopodobieństwa, czyli określenie szansy na to, że dany wynik stanowi rozwiązanie równania.
Po co więc męczyć się z tak skomplikowanym narzędziem, zamiast sięgnąć po sprawdzone krzemowe komputery? Zmiany stanu energetycznego atomów, wiążące się ze zmianą stanu informacyjnego, odbywają się dużo szybciej niż transport elektronów.