nauki ścisłe
dodano: 2016-05-25
Kwantowe związki

Naukowcy pracują nad komputerem kwantowym złożonym z wielu małych modułów

 

Christopher R. Monroe, Robert J. Schoelkopf i Mikhail D. Lukin

Od 20 lat naukowcy usiłują dokonać przełomu w informatyce i telekomunikacji, wykorzystując do tego osobliwości kwantowego mikroświata. Zjawiska fizyczne obserwowane w najmniejszej skali, takie jak podwójna natura elektronu, czasem bliższa cząstce, a innym razem fali, zdolność nanoobiektów do równoczesnego znalezienia się w różnych stanach i położeniach oraz tajemnicze, niewidzialne więzy odpowiedzialne za skoordynowane zachowanie dwóch oddalonych cząstek, pozwalają snuć wizję komputerów kwantowych, które poradzą sobie z niewyobrażalnymi dziś zadaniami obliczeniowymi, komunikacyjnymi i pomiarowymi. Wystarczy powiedzieć, że takie maszyny będą łamać szyfry, które dziś uważamy za niemal doskonałe.

W zamian nasze przechowywane i przesyłane dane uzyskają gwarancje bezpieczeństwa, wynikające wprost z praw fizyki. Przewidujemy, że informatyka kwantowa pozwoli na symulowanie zachowania złożonych układów chemicznych, co dziś wykracza poza nasze możliwości. Oczekujemy też jeszcze bardziej dokładnych zegarów atomowych oraz mikroskopijnych, niewyobrażalnie precyzyjnych czujników wykonujących pomiary na poziomie atomów i cząsteczek, które zrewolucjonizują biologię, medycynę i inżynierię materiałową.

Perspektywa jakościowego przełomu tłumaczy, dlaczego giganci, jak Google czy Intel, a także mniejsze firmy innowacyjne, przemysł zbrojeniowy i agencje rządowe przeznaczają olbrzymie środki na badania nad komputerami kwantowymi. Aktywność widać też w środowiskach akademickich: tylko w 2015 roku trzy czołowe czasopisma naukowe opublikowały przeszło 3000 artykułów, których tytuły zawierały hasła „quantum computing” lub „quantum information”.

Niestety, naukowcy pomimo wytężonej pracy wciąż nie zdołali zbudować dużego komputera kwantowego, który w praktyce realizowałby wymienione zadania. Rzecz w tym, że taka maszyna z definicji powinna podlegać prawom mechaniki kwantowej. Ale kiedy próbujemy powiększać jakiś układ kwantowy, błyskawicznie pojawia się w nim naturalna tendencja do zachowania zgodnego z prawami klasycznymi, które obowiązują w układach makroskopowych.

Być może drogą do zbudowania układu zachowującego właściwości kwantowe w dużej skali, a więc w pełni zdolnego do prowadzenia obliczeń kwantowych, jest zastosowanie konstrukcji modułowej, czyli połączenie ze sobą wielu małych układów kwantowych w sposób, który nie zniszczy ich kwantowego charakteru. Dzięki badaniom prowadzonym w ostatnich latach taka koncepcja przestała być czysto teoretycznym pomysłem i została zweryfikowana w eksperymentach wykonanych na razie w niewielkiej skali. Ich wyniki są dobrym punktem wyjścia do pracy nad pełnowartościowym komputerem kwantowym.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 06/2016 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
09/2017
10/2016 - specjalny
Kalendarium
Wrzesień
22
W 1949 r. Jerzy Dobrzycki i Andrzej Kwiek z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu odkryli planetoidę (1572) Posnania.
Warto przeczytać
Odkrycia Svante Pääbo zrewolucjonizowały antropologię i doprowadziły do naniesienia poprawek w naszym drzewie genealogicznym. Stały się fundamentem, na którym jeszcze przez długie lata budować będą inni badacze

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

dodano: 2016-05-25
Kwantowe związki

Naukowcy pracują nad komputerem kwantowym złożonym z wielu małych modułów

 

Christopher R. Monroe, Robert J. Schoelkopf i Mikhail D. Lukin

Od 20 lat naukowcy usiłują dokonać przełomu w informatyce i telekomunikacji, wykorzystując do tego osobliwości kwantowego mikroświata. Zjawiska fizyczne obserwowane w najmniejszej skali, takie jak podwójna natura elektronu, czasem bliższa cząstce, a innym razem fali, zdolność nanoobiektów do równoczesnego znalezienia się w różnych stanach i położeniach oraz tajemnicze, niewidzialne więzy odpowiedzialne za skoordynowane zachowanie dwóch oddalonych cząstek, pozwalają snuć wizję komputerów kwantowych, które poradzą sobie z niewyobrażalnymi dziś zadaniami obliczeniowymi, komunikacyjnymi i pomiarowymi. Wystarczy powiedzieć, że takie maszyny będą łamać szyfry, które dziś uważamy za niemal doskonałe.

W zamian nasze przechowywane i przesyłane dane uzyskają gwarancje bezpieczeństwa, wynikające wprost z praw fizyki. Przewidujemy, że informatyka kwantowa pozwoli na symulowanie zachowania złożonych układów chemicznych, co dziś wykracza poza nasze możliwości. Oczekujemy też jeszcze bardziej dokładnych zegarów atomowych oraz mikroskopijnych, niewyobrażalnie precyzyjnych czujników wykonujących pomiary na poziomie atomów i cząsteczek, które zrewolucjonizują biologię, medycynę i inżynierię materiałową.

Perspektywa jakościowego przełomu tłumaczy, dlaczego giganci, jak Google czy Intel, a także mniejsze firmy innowacyjne, przemysł zbrojeniowy i agencje rządowe przeznaczają olbrzymie środki na badania nad komputerami kwantowymi. Aktywność widać też w środowiskach akademickich: tylko w 2015 roku trzy czołowe czasopisma naukowe opublikowały przeszło 3000 artykułów, których tytuły zawierały hasła „quantum computing” lub „quantum information”.

Niestety, naukowcy pomimo wytężonej pracy wciąż nie zdołali zbudować dużego komputera kwantowego, który w praktyce realizowałby wymienione zadania. Rzecz w tym, że taka maszyna z definicji powinna podlegać prawom mechaniki kwantowej. Ale kiedy próbujemy powiększać jakiś układ kwantowy, błyskawicznie pojawia się w nim naturalna tendencja do zachowania zgodnego z prawami klasycznymi, które obowiązują w układach makroskopowych.

Być może drogą do zbudowania układu zachowującego właściwości kwantowe w dużej skali, a więc w pełni zdolnego do prowadzenia obliczeń kwantowych, jest zastosowanie konstrukcji modułowej, czyli połączenie ze sobą wielu małych układów kwantowych w sposób, który nie zniszczy ich kwantowego charakteru. Dzięki badaniom prowadzonym w ostatnich latach taka koncepcja przestała być czysto teoretycznym pomysłem i została zweryfikowana w eksperymentach wykonanych na razie w niewielkiej skali. Ich wyniki są dobrym punktem wyjścia do pracy nad pełnowartościowym komputerem kwantowym.