Komputer kwantowy i jego niezwykłe możliwości
Czym jest komputer kwantowy? Jak działa? Jakie możliwości niesie jego stosowanie? Czy zastąpi on kiedyś znane obecnie konstrukcje komputerowe? Odpowiedzi na te i inne pytanie związane z tym niezwykle zaawansowanym technologicznie urządzeniem znajdziecie w naszym artykule. Miłej lektury.
Niedawno na naszym blogu pojawił się wpis traktujący o przyszłości komputerów, które być może już wkrótce budowane będą w oparciu o analogowe układy probabilistyczne (LINK). Całkiem prawdopodobne, że komputery przyszłości będą wyglądały właśnie w ten sposób. Jednakże rozwój technologiczny jest na tyle nieprzewidywalny, że może za kilka lat na naszych biurkach pojawią się małe i niezwykle szybkie komputery kwantowe.
Komputer kwantowy to urządzenie wykorzystujące zupełnie inne właściwości materii niż klasyczne komputery korzystające z mikroprocesorowych układów półprzewodnikowych. Klasyczny komputer posługuje się dwuwartościową logiką, a jego podstawową jednostką zapisanej informacji jest bit przyjmujący wartość 0 lub 1. W komputerach kwantowych zapis danych jest nieco bardziej złożony. Podstawową jednostką pamięci jest qbit (bit kwantowy). Jest to pojedynczy atom utrzymywany skomplikowaną aparaturą w ściśle określonym stanie kwantowym lub kombinacji takich stanów. Według założeń mechaniki kwantowej taki bit może być w stanie 0 i 1 jednocześnie. Z naszej ludzkiej perspektywy to zaskakujące i nielogiczne, jednakże możliwe!
W tym celu wykorzystywany jest elektron, a konkretniej jego spiny. Spin to moment własny pędu cząstki. Elektron może mieć spin górny (1 w układzie binarnym) albo spin dolny (0 w układzie binarnym), no i może mieć także spin, który jest jednocześnie górny i dolny! Fakt ten pozwala przeprowadzać obliczenia na wszystkich możliwych kombinacjach danych wejściowych na raz. Dla przykładu jeżeli przy łamaniu szyfru musimy sprawdzić gigantyczną liczbę kombinacji 128 bitów klucza, to komputer kwantowy może rozwiązać to zadanie tylko w jednym obliczeniu trwającym przez niezauważalny ułamek czasu. Dzisiejsze komputery, nawet te najszybsze, do rozwiązania takiego problemu muszą przeanalizować wszystkie kombinacje po kolei, co jest bardzo czasochłonne.
Siłą takiego układu jest więc możliwość przechowywania znacznej liczby wartości naraz. Jeżeli zestawi się dwa qubity, to można przechowywać jednocześnie cztery wartości (2^2), zestawiając trzy qbity mamy już do dyspozycji 8 wartości (2^3), itd. Układ zawierający 250 qbitów przechowywałby liczbę wartości większą od liczby wszystkich cząstek występujących we wszechświecie!
Faktem jest, że komputer kwantowy powoli staje się rzeczywistym i komercyjnym urządzeniem. Największym problemem przy jego konstrukcji było utrzymanie stanów kwantowych qbitów, które wykazują tendencję to zamiany na zwykłe bity. Problem ten rozwiązuje zjawisko nadprzewodności, polegające na tym, że pewne substancje po schłodzeniu do bardzo niskiej temperatury charakteryzują się zerową rezystancją. Dzięki temu tworzy się coś w rodzaju pętli i prąd w nadprzewodniku może płynąć w dwóch kierunkach w tym samym czasie (zgodnym i przeciwnym do ruchu wskazówek zegara- stan, w którym 0 i 1 występują równocześnie). Układ oparty na takim założeniu, zbudowany z dwóch nadprzewodnikowych elektrod umieszczonych w izolatorze z tlenku glinu już powstał i działa zgodnie z przewidywaniami.
Całkiem niedawno sprzedano pierwszy komercyjny komputer kwantowy- D-Wave One. Kosztuje on 10 milionów dolarów i wymaga osobnego, specjalnie przygotowanego pomieszczenia z aparaturą kriogeniczną. Pierwszy egzemplarz na swój użytek zakupiła firma Lockheed-Martin. Ze względu na cenę urządzenia i warunki potrzebne do jego prawidłowego działania wydaje się mało prawdopodobne abyśmy szybko doczekali się „kwantowych PC-tów”, jednakże kto wie co nas czeka. Technologia kwantowa daje nam ogromne możliwości, dlatego z pewnością będzie intensywnie rozwijana.
Strony źródłowe:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Komputer_kwantowy
http://nauka.gadzetomania.pl/2012/02/29/komputer-kwantowy-ibm-mamy-przelom
Wszystkie zdjęcia zostały użyte jedynie w celach informacyjnych i są własnością ich autorów.
About Post Author
