Scinet.cz » IT/Počítače, Věda

Fyzici provedli první kvantový výpočet

31.12. 2007, Oldřich Klimánek

Výzkumní pracovníci z University of Queensland, kteří jsou součástí mezinárodního vědeckého týmu, poprvé v historii provedli kvantový výpočet. Jde o důležitý krok k sestavení kvantových počítačů.

Profesor Andrew White z Centre for Quantum Computer Technology z University of Queensland společně s kolegy z kanadské University of Toronto tvrdí, že se jim povedlo manipulací s kvantověmechanicky propletenými fotony ― částicemi světla ― vypočítat prvočinitele čísla 15.

„Prvočísla jsou dělitelná pouze samy sebou a jedničkou, takže prvočinitelé 15 jsou čísla 3 a 5,“ připomíná profesor White.

„Ačkoliv řešení tohoto problému bychom rychleji dostali, kdybychom se zeptali chytrého osmiletého školáka, se zvětšujícími čísly se problém velice komplikuje.“

„Co je obtížné pro váš mozek, je obtížné i pro běžné počítače. Tohle nezkoumáme jen ze zájmu o ryzí matematiku: výpočetní složitost faktorizace velkých čísel tvoří například základy široce používaných šifrovacích systémů na internetu.“

Ben Lanyon ze stejné univerzity, a který je i prvním autorem výzkumného článku, říká, že výpočet prvočinitelů čísla 15 byl stěžejním krokem k výpočtům mnohem větších čísel, čehož by šlo využít k prolomení kryptografických kódů, které jsou běžnými počítači neprolomitelné.

„Naším cílem není tyto kódy lámat v praxi, ale ukázat, že jsou prolomitelné a tím motivovat ostatní, aby začali používat bezpečnější systémy,“ vysvětluje.

„Tyto kódy tvoří základ většiny zabezpečení bank a počítačů a dotýkají se i toho, jak zabezpečíme data v budoucnosti.“

Profesor White dále vysvětluje, že problém musí být v jakémkoliv počítači rozložen na elementární kousky.

„Klasické počítače používají dvouúrovňové systémy zvané bity (binární čísla), kdežto kvantové počítače využívají dvouúrovňové „kvantověmechanické“ systémy zvané qubity (kvantové bity),“ říká.

„Qubit je jako mince, se kterou padne panna (zapnuto), orel (vypnuto) nebo zároveň panna A orel (zapnuto a vypnuto) nebo jakákoliv možná kombinace, ‚něco mezi‘. Tohle je nemožné s obyčejnými bity, ale jeden qubit může být zároveň ve dvou možných stavech, dva bity ve čtyřech, tři bity v osmi a tak dále. Velikost kvantové paměti vzrůstá exponenciálně s počtem qubitů.“

Na tomto místě bychom se měli na chvíli zastavit a aspoň trošku vysvětlit, co se tím míní. Zatímco klasický bit může být ve stavu 0 NEBO 1, kvantový bit se nachází v těchto stavech naráz (quibit zahrnuje superpozici obou stavů). Pro dva qubity už máme současné čtyři stavy: 00, 01, 10, 11. Pro tři quibty je možností celkem osm: 000, 001, 010, 100, 011, 101, 110, 111. Se čtyřmi qubity dostaneme možností 16, s 5 qubity 32 atd. Celkově tak počet současných stavů roven 2n, kde n označuje počet qubitů. I malý počet kvantových bitů tak poskytuje velké výpočetní možnosti.

„Funkční kvantové počítače na makroskopické úrovni mohou být léta vzdálené a jen těžko můžeme hádat, jak změní svět. Ale náš svět změní,“ uzavírá profesor White.

Ač se v oblasti kvantových počítačů odehrávají zajímavé věci, těžko soudit, zda někdy takový stroj vůbec budeme mít. Překážek je spousta a fundamentální potíže způsobené samotnou kvantovou mechanikou jsou už tak dost velké. K tomuto tématu se někdy v budoucnosti určitě vrátíme trošku podrobněji.

Někomu se možná připomene prohlášení kanadské společnosti D-Wave zjara roku 2007 ― měla údajně sestrojit už funkční kvantový počítač. Jak leckdo odhadoval, nejspíše šlo jen o reklamní tah, kterým na sebe společnost upozornila. Nicméně to, co tvrdila, si můžete v onom starším článku znova přečíst: První komerční kvantový počítač?

Na úplný závěr ještě jedno upřesnění nebo spíše poznámka pro ty čtenáře, kteří o „kvantové“ faktorizaci čísla 15 četli před nějakými pěti či šesti lety. Několik výzkumných skupin tehdy provedlo tentýž rozklad, ovšem v pravém slova smyslu ještě nešlo o „opravdový kvantový výpočet“, ale spíše o klasickou simulaci kvantového algoritmu. Existuje i speciální programovací jazyk (QCL), pomocí kterého lze ― třebaže složitě a neefektivně ― kvantovou logiku zkoušet na klasických počítačích.

Oldřich Klimánek

Provozovatel serveru Scinet.cz.


Komentáře (1) »

  • Petr V. napsal:

    Mně se vždycky při špekulacích o kvantových počítačích vybaví jeden vtip z knížky Výchozí principy kvantové teorie: Jsou tam dva chlapi u kompu a jeden říká druhému: „Ten počítač je úplně kvantovej. Sotva se na něj podíváš, zkolabuje.“ Jasně, jde o narážku na dekoherenci, resp. kolaps vlnové funkce, ale zároveň mám za to, že jde o připomenutí zásadního problému, proč kvantové počítače stále nejsou to, čím bychom se mohli chlubit.


VLOŽIT KOMENTÁŘ