Cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie Delft din Olanda par să fie aproape de găsirea unei soluții pentru cea mai mare întrebare și problemă a computerelor cuantice, stabilizarea biților cuantici.
Probabil că ați mai auzit vorbindu-se despre computerele cuantice. Așteptăm următoarea revoluție în IT din partea acestora, deoarece ar putea fi capabile să gestioneze cu ușurință acele sarcini care păreau imposibil de realizat înainte. Cel puțin în teorie. În practică, cercetătorii nu au reușit niciodată să creeze un computer cuantic pe deplin operațional.
Pentru acest lucru există mai multe motive, cele mai elementare ținând de detaliile biților cuantici, cunoscuți și sub numele de qubiți. Acestea sunt unitățile de bază ale computerelor cuantice, elementele lor de construcție. În timp ce un computer general funcționează cu biți, un calculator cuantic se bazează pe qubiți. Aceste două litere („qu”) fac diferența.
Un bit, după cum probabil știți, poate avea o valoare 0 sau 1 sau, altfel, o valoare adevărată sau una falsă. Computerele sunt comandate de aceste două opțiuni binare cu adevărat „primitive”. Biții cuantici pot avea o stare specială când se află în superpoziție, aplicându-li-se atât stări adevărate cât și false. Acesta este momentul în care intră în scenă faimoasa pisică a lui Schrödinger, care se întâmplă să fie și moartă, și vie în același timp.
Se pot seta cazuri de-a dreptul ridicole. De exemplu, o pisică este introdusă într-o cameră de oțel, împreună cu următorul dispozitiv (care trebuie asigurat împotriva interferenței directe a pisicii): într-un contor Geiger există o mică cantitate de substanță radioactivă, atât de mică, încât, în curs de o oră, unul dintre atomi se poate descompune, având însă o probabilitate egală și ca acest lucru să nu se întâmple; dacă se întâmplă, tubul conto se descărcă și printr-un releu eliberează un ciocan care sfărâmă un balon mic de acid cianhidric. Dacă cineva ar lăsa întregul sistem să funcționeze pe cont propriu timp de o oră, s-ar putea afirma că pisica mai trăiește dacă între timp nici un atom nu s-a deteriorat. Prima descompunere atomică însă ar fi otrăvit-o. Funcția „psi” a întregului sistem ar exprima acest lucru prin faptul că are în ea, în aceeași măsură, pisica vie și moartă (scuzați expresia).
Este tipic ca în aceste cazuri o nedeterminare inițial limitată la domeniul atomic să se transforme într-o nedeterminare macroscopică, care poate fi apoi rezolvată prin observație directă. Asta ne împiedică să acceptăm atât de naiv un „model neclar” pentru a reprezenta realitatea. De unul singur, acesta nu ar întruchipa nimic neclar sau contradictoriu. Există însă o diferență între o fotografie neclară sau nefocalizată și o imagine cu nori și ceață.
Deși Schrödinger a creat acest exemplu pentru a arăta absurditatea superpoziției, experimentele din mecanica cuantică au început să-i confirme teoria, chiar dacă acestea nu sunt atât de ușor de înțeles. Astfel, se dorește crearea computerelor care să rezolve „toate problemele” bazate pe această teorie.
Totuși, qubiții, luați pe cont propriu, nu au o mare valoare. Cu cât sunt interconectați mai mulți qubiți – prin rețeaua cuantică – cu atât mai puternic poate fi calculatorul cuantic. Acesta va permite ca numărul posibil de combinații să fie ridicat la maximum, ceea ce înseamnă calcule mai rapide și mai complicate. Potrivit dr. Tim Watson, un calculator cuantic operațional ar necesita mii sau milioane de qubiți interconectați.
Pentru a clarifica lucrurile, trebuie să adăugăm că reușita, din noiembrie anul trecut, a celor de la IBM de a interconecta 50 de qubiți – pentru a doua oară din 90 de milioane de încercări – a reprezentat un fenomen mondial. Putem vedea că suntem într-adevăr departe de volumul dorit. Motivul din spatele tuturor acestor lucruri ține de faptul că rețeaua cuantică este într-adevăr greu de menținut pentru o perioadă mai lungă de timp. Superpoziția durează până la efectuarea măsurătorilor. Prin orice formă de impact, qubiții revin la valorile generale (0 și 1), ceea ce face mai dificilă interpretarea rezultatelor.
În mod paradoxal, cu cât rețeaua are mai multe elemente – cu cât e mai puternic computerul – cu atât mai sensibil este și echilibrul acesteia față de orice efecte externe – cu atât sistemul este mai instabil. Mai mult, întregul sistem devine „deteriorat” după fiecare măsurare, astfel încât pot apărea mai multe accidente, ceea ce duce la erori.
Dar, odată ce se ajunge la o masă critică – iar aceasta ar putea consta în interconectările de milioane de qubiți ai doctorului Tom Watson – pot fi implementate în sistem niște mecanisme de reparare a erorilor – în baza de qubiti – care ar putea reduce cantitatea de erori – zgomot – astfel încât întregul sistem să fie stabilizat. Așadar, obiectivul principal este acela de a atinge această dimensiune critică.
Și în acest domeniu, echipa de cercetători a Universității de Tehnologie Delft din Olanda a ajuns la un progres semnificativ. Surprinzător, soluția constă în folosirea siliciului… Echipa ar putea fixa în superpuneri electronii cu spin diferit cu ajutorul siliciului și a microundelor, creând așa-ziși qubiți spin. Aceștia pot fi împerecheați și conectați prin cele două chip-uri cuantice rezultante. Tehnologia ar putea reduce suficient cantitatea de zgomot pentru a permite utilizarea.
Echipa a reușit să facă o poartă cuantică cu doi qubiți cu o rată de eroare mult mai mică. În timp ce rata de eroare este încă mult mai mare decât în cazul computerelor cu ioni captivi sau computerele cuantice cu qubiți supraconductori, realizarea este totuși remarcabilă, deoarece izolarea qubiților de zgomot este extrem de dificilă, a declarat Winfried Hensinger, profesor la Universitatea din Sussex.
Pare atât de stabil încât s-ar putea testa cu ușurință diferite metode de identificare a algoritmilor, precum Deutsch-Josza sau Grover.
Un exemplu bazat pa această informație ne arată clar la ce ar fi bune computerele cuantice.
Prima parte a sarcinii constă în găsirea unei persoane – al cărei nume este cunoscut – în agenda telefonică. Cea de-a doua parte a sarcinii constă în a găsi pe cineva – al cărui număr de telefon este cunoscut – în agenda telefonică. În timp ce primul este un lucru banal, deoarece cărțile telefonice sunt făcute pentru acest lucru și numele sunt enumerate de la A la Z și puteți găsi cu ușurință pe cineva, cea de-a doua parte pare imposibil de realizat în cazul unei agende telefonice tipărite.
În cazul unei baze de date nestructurate, calculatoarele tradiționale ar trebui să inspecteze întreaga bază de date până când găsesc o intrare corespunzătoare. În general, durează până când se scanează jumătate din întreaga bază de date. Grover a dovedit că, într-o bază de date nestructurată, un calculator cuantic ar avea nevoie de mai puțin timp pentru a rezolva astfel de sarcini.
Asta înseamnă că sarcini diferite pot fi realizate exponențial mai repede și mai eficient utilizând calculatoarele cuantice. Faptul că oamenii de știință de la Universitatea de Tehnologie Delft din Olanda ar putea crea un procesor cuantic pe bază de siliciu, care să funcționeze cu un zgomot mai mic, poate fi următorul pas înainte pentru a face un real progres în acest domeniu.
Cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie Delft din Olanda par să fie aproape de găsirea unei soluții pentru cea mai mare întrebare și problemă a computerelor cuantice, stabilizarea biților cuantici.
Probabil că ați mai auzit vorbindu-se despre computerele cuantice. Așteptăm următoarea revoluție în IT din partea acestora, deoarece ar putea fi capabile să gestioneze cu ușurință acele sarcini care păreau imposibil de realizat înainte. Cel puțin în teorie. În practică, cercetătorii nu au reușit niciodată să creeze un computer cuantic pe deplin operațional.
Pentru acest lucru există mai multe motive, cele mai elementare ținând de detaliile biților cuantici, cunoscuți și sub numele de qubiți. Acestea sunt unitățile de bază ale computerelor cuantice, elementele lor de construcție. În timp ce un computer general funcționează cu biți, un calculator cuantic se bazează pe qubiți. Aceste două litere („qu”) fac diferența.
Un bit, după cum probabil știți, poate avea o valoare 0 sau 1 sau, altfel, o valoare adevărată sau una falsă. Computerele sunt comandate de aceste două opțiuni binare cu adevărat „primitive”. Biții cuantici pot avea o stare specială când se află în superpoziție, aplicându-li-se atât stări adevărate cât și false. Acesta este momentul în care intră în scenă faimoasa pisică a lui Schrödinger, care se întâmplă să fie și moartă, și vie în același timp.
Se pot seta cazuri de-a dreptul ridicole. De exemplu, o pisică este introdusă într-o cameră de oțel, împreună cu următorul dispozitiv (care trebuie asigurat împotriva interferenței directe a pisicii): într-un contor Geiger există o mică cantitate de substanță radioactivă, atât de mică, încât, în curs de o oră, unul dintre atomi se poate descompune, având însă o probabilitate egală și ca acest lucru să nu se întâmple; dacă se întâmplă, tubul conto se descărcă și printr-un releu eliberează un ciocan care sfărâmă un balon mic de acid cianhidric. Dacă cineva ar lăsa întregul sistem să funcționeze pe cont propriu timp de o oră, s-ar putea afirma că pisica mai trăiește dacă între timp nici un atom nu s-a deteriorat. Prima descompunere atomică însă ar fi otrăvit-o. Funcția „psi” a întregului sistem ar exprima acest lucru prin faptul că are în ea, în aceeași măsură, pisica vie și moartă (scuzați expresia).
Este tipic ca în aceste cazuri o nedeterminare inițial limitată la domeniul atomic să se transforme într-o nedeterminare macroscopică, care poate fi apoi rezolvată prin observație directă. Asta ne împiedică să acceptăm atât de naiv un „model neclar” pentru a reprezenta realitatea. De unul singur, acesta nu ar întruchipa nimic neclar sau contradictoriu. Există însă o diferență între o fotografie neclară sau nefocalizată și o imagine cu nori și ceață.
Deși Schrödinger a creat acest exemplu pentru a arăta absurditatea superpoziției, experimentele din mecanica cuantică au început să-i confirme teoria, chiar dacă acestea nu sunt atât de ușor de înțeles. Astfel, se dorește crearea computerelor care să rezolve „toate problemele” bazate pe această teorie.
Totuși, qubiții, luați pe cont propriu, nu au o mare valoare. Cu cât sunt interconectați mai mulți qubiți – prin rețeaua cuantică – cu atât mai puternic poate fi calculatorul cuantic. Acesta va permite ca numărul posibil de combinații să fie ridicat la maximum, ceea ce înseamnă calcule mai rapide și mai complicate. Potrivit dr. Tim Watson, un calculator cuantic operațional ar necesita mii sau milioane de qubiți interconectați.
Pentru a clarifica lucrurile, trebuie să adăugăm că reușita, din noiembrie anul trecut, a celor de la IBM de a interconecta 50 de qubiți – pentru a doua oară din 90 de milioane de încercări – a reprezentat un fenomen mondial. Putem vedea că suntem într-adevăr departe de volumul dorit. Motivul din spatele tuturor acestor lucruri ține de faptul că rețeaua cuantică este într-adevăr greu de menținut pentru o perioadă mai lungă de timp. Superpoziția durează până la efectuarea măsurătorilor. Prin orice formă de impact, qubiții revin la valorile generale (0 și 1), ceea ce face mai dificilă interpretarea rezultatelor.
În mod paradoxal, cu cât rețeaua are mai multe elemente – cu cât e mai puternic computerul – cu atât mai sensibil este și echilibrul acesteia față de orice efecte externe – cu atât sistemul este mai instabil. Mai mult, întregul sistem devine „deteriorat” după fiecare măsurare, astfel încât pot apărea mai multe accidente, ceea ce duce la erori.
Dar, odată ce se ajunge la o masă critică – iar aceasta ar putea consta în interconectările de milioane de qubiți ai doctorului Tom Watson – pot fi implementate în sistem niște mecanisme de reparare a erorilor – în baza de qubiti – care ar putea reduce cantitatea de erori – zgomot – astfel încât întregul sistem să fie stabilizat. Așadar, obiectivul principal este acela de a atinge această dimensiune critică.
Și în acest domeniu, echipa de cercetători a Universității de Tehnologie Delft din Olanda a ajuns la un progres semnificativ. Surprinzător, soluția constă în folosirea siliciului… Echipa ar putea fixa în superpuneri electronii cu spin diferit cu ajutorul siliciului și a microundelor, creând așa-ziși qubiți spin. Aceștia pot fi împerecheați și conectați prin cele două chip-uri cuantice rezultante. Tehnologia ar putea reduce suficient cantitatea de zgomot pentru a permite utilizarea.
Echipa a reușit să facă o poartă cuantică cu doi qubiți cu o rată de eroare mult mai mică. În timp ce rata de eroare este încă mult mai mare decât în cazul computerelor cu ioni captivi sau computerele cuantice cu qubiți supraconductori, realizarea este totuși remarcabilă, deoarece izolarea qubiților de zgomot este extrem de dificilă, a declarat Winfried Hensinger, profesor la Universitatea din Sussex.
Pare atât de stabil încât s-ar putea testa cu ușurință diferite metode de identificare a algoritmilor, precum Deutsch-Josza sau Grover.
Un exemplu bazat pa această informație ne arată clar la ce ar fi bune computerele cuantice.
Prima parte a sarcinii constă în găsirea unei persoane – al cărei nume este cunoscut – în agenda telefonică. Cea de-a doua parte a sarcinii constă în a găsi pe cineva – al cărui număr de telefon este cunoscut – în agenda telefonică. În timp ce primul este un lucru banal, deoarece cărțile telefonice sunt făcute pentru acest lucru și numele sunt enumerate de la A la Z și puteți găsi cu ușurință pe cineva, cea de-a doua parte pare imposibil de realizat în cazul unei agende telefonice tipărite.
În cazul unei baze de date nestructurate, calculatoarele tradiționale ar trebui să inspecteze întreaga bază de date până când găsesc o intrare corespunzătoare. În general, durează până când se scanează jumătate din întreaga bază de date. Grover a dovedit că, într-o bază de date nestructurată, un calculator cuantic ar avea nevoie de mai puțin timp pentru a rezolva astfel de sarcini.
Asta înseamnă că sarcini diferite pot fi realizate exponențial mai repede și mai eficient utilizând calculatoarele cuantice. Faptul că oamenii de știință de la Universitatea de Tehnologie Delft din Olanda ar putea crea un procesor cuantic pe bază de siliciu, care să funcționeze cu un zgomot mai mic, poate fi următorul pas înainte pentru a face un real progres în acest domeniu.