ELEARNING.SK | PR SPRÁVY | GSGROUP | NAJDES.SK | BRIGÁDY, PRÁCA | GLOBALOFFICE.SK | REGISTRAČNÉ VIRTUÁlNE SÍDLO FIRMY | MINCE | CMS | ESHOP | TESTIVA
Prihlásenie:
>Staňte sa redaktorom eQuark.sk

eQuark.sk

Anketa

Ak by ste o tom mohli rozhodnúť práve vy, zaradili by ste Pluto opäť medzi planéty?

Quark

Kedy budeme mať kvantový počítač?

19.1.2010 08:13:24 | * q
| Počet zobrazení: 3572x

Odpovedá
Mário Ziman
Fyzikálny ústav SAV

 

Priama odpoveď na túto otázku je vcelku krátka a asi aj očakávaná. Nevieme. Môže sa tak stať za päť rokov, za 50 rokov, ale nemusí to byť ani za 500 rokov. Nastane vôbec niekedy tento deň? Sú ľudia, ktorí tomu neveria, ale sú aj takí, ktorí si myslia, že jedného dňa budeme schopní kvantový počítač zostrojiť. V čom je vlastne problém?

Kedysi ľudia snívali o perpetum mobile, teda o večne pracujúcom stroji, ktorý by nepotreboval žiadne palivo alebo iba jeho malé množstvo na naštartovanie. Istý čas fyzikom trvalo, kým si uvedomili všetky dôsledky tejto myšlienky. Neexistoval žiaden fyzikálny dôvod, prečo by perpetuum mobile nemalo existovať. Ale niektoré z dôsledkov jeho existence sa priečili pozorovaniam a našej skúsenosti. Voda by mohla napríklad samovoľne zovrieť tým, že odčerpáva teplo zo svojho chladnejšieho okolia. Až fyzici 19. storočia ,,nabrali odvahu” a prišli s princípmi, ktoré nedovoľovali existenciu perpetuua mobile žiadneho typu. Tomuto ,,zákazu” dnes učene hovoríme prvá a druhá veta termodynamická. Môže mať kvantový počítač podobný osud?
Situácia kvantového počítača je podobná v tom, že kvantová fyzika tak, ako jej rozumieme, nemá žiaden problém s jeho existenciou. Z istého pohľadu iba čakáme na pokrok v technológii. Niečo podobné sa stalo v druhej polovici 20. storočia, keď človek (pomocou znalostí z kvantovej fyziky) prvýkrát zostrojil polovodičový tranzistor. Vďaka tomu sa pôvodné počítače veľkosti výrobných hál zrazu zmestili na pracovný stôl a nastala doba počítačová. Vráťme sa však ku kvantovým počítačom.
Primárnou úlohou počítačov bolo simulovať fyzikálne systémy a šifrovať. Veľmi rýchlo ľudia ako R. P. Poplavskij (1975), J. Manin (1980), R. Feynman (1981) postrehli, že efektívne simulovať kvantové systémy nebude možné. Uvedomili si však aj, že počítač priamo využívajúci kvantové princípy by mohol mať potenciál simulovať kvantové systémy. Ubehlo 30 rokov a stále nič. Budeme teda musieť prísť s akýmsi princípom, ktorý by zakazoval existenciu kvantového počítača? Pre tých, ktorí čítajú o kvantových počítačoch prvýkrát, uveďme jeden príklad. Skutočný boom v tejto oblasti nastal po roku 1994. Vtedy P. Shor prišiel na to, ako s pomocou kvantového počítača efektívne rozkladať čísla na prvočísla (faktorizácia). Prečo je to užitočné?
Šifrovanie, ktoré používame pri platení cez internet, je založené na viere, že faktorizácia je strašne ťažká vec. Skúste vypočítať 1 943 x 2 009. A teraz skúste povedať, ktoré celé čísla (väčšie ako 1) treba vynásobiť, aby ste dostali výsledok 7 323 629. Zaberie to asi 1 000-krát viac času, ako vynásobiť tie dve správne čísla. Počítač to síce zvládne za zlomky sekúnd, ale pre väčšie čísla by mal problém aj on. Pomer časov potrebných na faktorizáciu a na násobenie nie je konštatný, ale neuveriteľne rýchlo narastá s veľkosťou čísel. Kvantový počítač nie je síce o nič lepší v násobení ako dnešný počítač, ale je skutočným majstrom vo faktorizovaní. Jeho príchod na scénu by nás prinútil zmeniť spôsoby šifrovania.
Ak teda kvantový počítač môže existovať a je aj užitočný, tak prečo ho ešte nemáme? Ľubovoľný kvantový systém môžeme v princípe použiť na kvantové počítanie. Jednotlivé systémy sa však líšia možnosťami, ktoré ponúkajú. Poväčšine nemajú všetky vlastnosti, ktoré potrebujeme, aby sme mali plne funkčný kvantový počítač. Postaviť kvantový počítač znamená nájsť také systémy, ktoré sú dostatočne odizolované od prostredia a súčasne vieme s nimi aj efektívne manipulovať. Otázka, kedy budeme mať kvantový počítač, vlastne znie, kedy nájdeme vhodný kvantový systém. Potenciálnych adeptov sú dnes desiatky: jednotlivé molekuly, atómy, supravodivé prúdy, ale aj samotné elektróny či fotóny. Experimentálna fyzika v ostatných rokoch skutočne urobila obrovský pokrok v oblasti manipulácie jednotlivých kvantových systémov. Jedna častica dnes kóduje jeden kvantový bit – základnú jednotku kvantového spracovania informácie. Túto úlohu sme zvládli v mnohých systémoch a celkom úspešne.
Ku kvantovému počítaniu však potrebujeme zvládnuť aj kontrolovanú interakciu mnohých kvantových bitov. A aby kvantové bity interagovali a získali tie správne kvantové vlastnosti, tak nesmú byť navzájom úplne odizolované. Umožnením vzájomných interakcií však otvárame cestičku aj interakciám s prostredím. A ak dovolíme kvantovým systémom interagovať s prostredím, tak ich kvantové vlastnosti, a aj informácia do nich zapísaná, sa nám istým spôsobom zo systému vytrácajú. Vplyvom prostredia vzniká medzi kvantovými bitmi nežiaduci šum, ktorý prakticky ničí naše pokusy o kvantový výpočet. Nie je to však až také zlé. S istou formou šumu úspešne bojujú aj dnešné počítače. A podobne aj v kvantovom prípade existujú samoopravné mechanizmy, vďaka ktorým isté typy šumu môžeme pri výpočte tolerovať. Zatiaľ sa však nepodarilo nájsť spôsob, ako udržať kvantové systémy či kvantový šum v medziach povolenej tolerancie. A preto nemáme kvantový počítač.
Dnes dokážeme kvantovo rozfaktorizovať číslo 15, kvantovo vyhľadávať v databáze 4 prvkov a podobne. Nie je toho veľa, ale výskum napreduje. Experimentátori prichádzajú s novými technológiami a teoretici vymýšľajú nové modely kvantového počítania odolnejšie voči šumu. Obidve skupiny veria, že ich snaženia sa stretnú a fungujúci kvantový počítač bude raz realitou. Neexistuje však spôsob, ako odhadnúť kedy alebo či vôbec. Jediný objav môže veci urýchliť neočakávaným tempom a na ten dnes aktívne čakáme.

– extra farebná plocha – niekde do stredu priestoru
Kvantový počítač, keď ho raz vyvinú, bude teda zariadenie, ktoré bude miesto tranzistorov používať jednotlivé atómy prvkov. Oni budú reprezentovať logické stavy v prevádzke počítača ako je „0“ a „1“ a klasický bit nahradí qubit – kvantový bit. Nápad kvantového počítača však ohrozujú mnohé faktory a najväčším z nich je, že keď sa začne pracovať s hmotou na úrovni atómov, prestáva platiť  klasická fyzika a nastupujú kvantové zákonitosti, ktoré sa riadia podľa takmer nepochopiteľných teórií. A to je zatiaľ náš najväčší problém.

Zdieľaj článok
 
Hodnotenie: 3,27
Príspevok na titulke

Vyberte článok na titulku kliknutím na linku

 

www.brigada.sk - brigády, brigáda, práca, zamestnanie www.najdes.sk - katalóg, portál, vyhľadávač www.equark.sk - veda, výskum, technika www.uvery.sk - úvery, pôžičky, hypotéky www.elearning.sk - elearning, LMS, vzdelávanie, kurzy, elektronické vzdelávanie www.globaloffice.sk - registračné sídlo, virtuálna adresa a kancelária www.globalhosting.sk - domény, doména, webhosting, hosting www.globalweb.sk - CMS, WCMS, redakčný systém, publikačný systém www.globalshop.sk - internetový obchod, eshop, e-commerce Global Services Slovakia s.r.o. - www.gsgroup.sk, informačné systémy, portálové riešenia, intranety, web dizajn

Generuje redakčný CMS systém GlobalWeb spoločnosti Global Services Slovakia s.r.o.