Maszyna wszechmożliwości

Gdy uda się skonstruować pierwszy komputer kwantowy, wszystkie dotąd stosowane szyfry staną się bezużyteczne. Na szczęście można już korzystać z kwantowych metod kryptograficznych

Urządzenia, które można by nazwać komputerami kwantowymi, już pracują. Na razie składają się one z kilku bramek logicznych. Trwają intensywne prace nie tylko nad zwiększeniem komplikacji tego układu, ale także nad rozwiązaniem kilku istotnych problemów, które swoją złożonością przypominają konstruowanie perpetuum mobile. Nie jest to wyłącznie kwestia naukowych ambicji. Wiadomo, że prawo Moore’a, które wyjaśnia dynamiczny rozwój dzisiejszego przemysłu elektronicznego, nie będzie obowiązywało wiecznie. Liczba tranzystorów w mikroprocesorach nie będzie się bez końca podwajała co półtora roku. Rozwój tradycyjnej elektroniki już od pewnego czasu ociera się o granice wyznaczone przez prawa fizyki. Czas więc poszukać metod, które pozwolą zaspokoić coraz większy popyt na moc obliczeniową. Komputery kwantowe to jedna z najbardziej obiecujących możliwości.

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.

0
Zamknij

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.