Revija Joker - Nasledniki enic in ničel

ČLANKI
stranka » članki » vedež » Nasledniki enic in ničel

Dekoherenca, bič božji
Čeprav so teoretske temelje kvantnega računalništ­va v pretežni meri postavili že v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, se je grajenje stvarne kvantne naprave izkazalo za izjemno zahtevno nalogo. Bržda eno najtežjih v zgodovini in primerljivo s sestavljanjem praktične fuzijske elektrarne, ki je takisto noče biti od nikoder. Prvi razlog je ta, da je manipulacija kvantnih delcev tako zahtevna. Za ponazoritev kubi­tov informacije v fizičnem svetu potrebujemo objekt, ki bo izražal kvantne pojave in tvoril pomnilnik računalnika. Na primer elektron, pri katerem bi enico ponazarjalo njegovo sukanje v eno smer (tako imenovani spin 1/2) in ničlo sukanje v drugo (spin –1/2). Pri rokovanju s tako majhnimi objekti smo še sila nerodni.

Letošnjega maja je IBM svoj kvantni čip dal na voljo za javno rabo v oblak. Odjadraj na Research. ibm.com/quantum. Gre za poganjanje zelo prepros­tih, 'šolskih' algoritmov, ne kakih hudih računov.

Največji izziv so motnje, ki jih je na takih ravneh težko preprečiti, saj so kvantni sistemi zelo občutljivi in jih lahko zmoti že neznaten sunek magnetnega polja ali dvig temperature za tisočinko stopinje. Ob motnji pride do dekoherence, kar je beseda, ki raziskovalce tega področja preganja v spanju. Dekoherenca nepovratno uniči superpozicijo kubita in tako v sistem vnaša napake. Ker velikost informacije v kvantnem pomnilniku raste eksponentno s številom kubitov, žal tudi napake rastejo eksponentno z operacijami, zato hitro pokvarijo izračun. Kvantne naprave je treba potemtakem brezhibno izolirati od zunanjih vplivov, kar terja zahtevne tehnološke postopke. Hkrati poteka razvoj načinov za popravljanje napak, ki so znanost v malem. Tu se raziskovalci soočijo z značilno težavo, da se kubitov ne da kopirati, da bi jih zavarovali pred kvarjenjem. Tako bi vendar na njih izvedli branje in sami kolabirali valov­no funkcijo! Ta muha na bite ne vpliva, saj jih lahko kopiraš po mili volji. 

Kolobocija leč in kovinskih tulcev sestavlja laser, saj so ti v raziskavah kvantnih pojavov eno glavnih orodij. Z laserjem namreč drezamo v elementarne delce, da jih vzbujamo v druga stanja, ali curek rabimo za prenos informacije. V foton namreč superponiran podatek zapišemo s polarizacijo svetlobe v različnih smereh.

Ker se nekatere od operacij v klasičnih PCjih zanašajo na kloniranje bitov, to pomeni, da logična vrata kvantnih računal ne bodo imela enake podobe. Kočljiv je nadalje transport take informacije med posameznimi deli čipa, saj ne moreš enostavno zapi­sati spina delca in ga poslati dalje, ker bi ga zmotil. Kvantno informacijo v kubitu znajo zaenkrat naokrog prenašati s fotoni v optičnih vodilih, ali pa uporabijo celo skrajno eksotičen in zapleten prijem: kvantno teleportacijo. To je prenos kvantnega stanja z enega fizičnega delca na oddaljenega drugega, s čimer ga preslikaš v prostoru. Tako je na­če­lo­ma soroden prežarčevanju iz Star Treka, a ga ne dosega, saj so doslej uspeli teleportirati le stanja posameznih atomov in ničesar večjega. Takšni zahtev­ni prijemi kažejo, da je gradnja kvantnih logičnih vrat še večji izziv kot snovanje pomnilnika.

Nasledniki enic in ničel objavljeno: Joker 281
december 2016