Šta su to kvantni kompjuteri?
Kompjuteri današnjice rade na principu manipulisanja bitovima, tj. binarnim brojevima koji se sastoje samo od jedinica i nula. Pokazalo se da prenošenje informacija putem bitova dosta dobro odgovara načinu na koji klasična fizika vidi svet. Tako, npr. električni prekidači mogu biti otvoreni ili zatvoreni (0 ili 1), električna struja može proticati ili ne proticati (1 ili 0), objekti mogu biti na nekom mestu ili ne (1 ili 0) itd…
S druge strane, kvantni kompjuteri nisu ograničeni binarnom prirodom tvrđenja u klasičnom fizičkom svetu, već se zasnivaju na posmatranju stanja kvantnih bitova (tzv. qubita) koji osim što mogu da predstavljaju nulu i jedinicu, mogu predstavljati kombinaciju nule ili jedinice, kao i broj koji se nalazi negde između nule i jedinice. Po zakonima kvantne fizike, ne možemo sa potpunom preciznošću reći da li subatomska čestica postoji – ona, zapravo, poseduje izvesnu statističku verovatnoću postojanja na nekom određenom mestu u određenom trenutku vremena, ali ne postoji način da saznamo da li je ona stvarno tamo sve dok je ne osmotrimo (tj. dok ne izvršimo merenje), a pošto činom merenja utičemo na našu česticu, tako ćemo joj od nekoliko stanja koje ona može zauzeti pridati samo jedno (kaže se da je talasna funkcija čestice iz superponiranih stanja više funkcija kolabirala samo u jednu). Drugim rečima, čestica se istovremeno nalazi na svim mestima u Univerzumu sve dok ne izvršimo merenje njenog položaja i ne pridamo joj izmerenu vrednost.
Foto: NASA Ames / John Hardman
Naučnici iz IBM-a su napravili prve kvantne kompjutere uz pomoć korišćenja nuklearne magnetne rezonance (NMR), tj. metode za merenje i menjanje spinova jezgara individualnih atoma. Elektromagnetni talasi iz radio-frekventnog opsega menjaju energetske nivoe atoma putem dejstva na spinove njihovih jezgara, a ovi atomi dalje reaguju sa drugim atomima na kontrolisan način tako da se između individualnih atoma uspostavlja tok informacija kojim se mogu dobiti podjednako ispravni odgovori i proračuni kao i uz pomoć običnih, mikroprocesorskih kompjutera.
Postoji čitav niz prednosti koje će posedovati kvantni kompjuteri budućnosti u odnosu na današnje kompjutere. Naime, atomi menjaju svoja energetska stanja veoma brzo, pa će informacije u kvantnim kompjuterima moći da se prenose znatno brže nego u najbržim mikroprocesorima današnjice. Takođe, za određeni tip proračuna, jedan qubit će moći da zameni čitav procesor, tj. 1000 jona nekog elementa će zauzeti mesto 1000 kompjuterskih procesora.
Nažalost, trenutno se smatra da veliki kvantni kompjuteri neće u skorije vreme naći primenu u dnevnim zadacima običnog korisnika, već će se uglavnom koristiti za kriptografiju, modelovanje, kao i indeksiranje velikih baza podataka.
Najveći problem sa kojim se suočavaju graditelji kvantnih kompjutera je kako održavati jedan atom na istom mestu dok stalno utičemo na njega menjajući mu energetske nivoe i pravac spina. Trenutno se, u ovu svrhu, radi hlađenja pojedinačnih jona do skoro apsolutne nule, kao i njihovog izdvajanja iz grupe atoma, koriste laserski snopovi. Takođe, postoji i problem posmatranja stanja atoma i kolabiranja njegove verovatnoće stanja u pojedinačno stanje, što narušava sva međustanja (između 0 i 1) koja su tako važna za prenos i skladištenje informacija. NMR tehnika koja se koristi u IBM-u predstavlja jedan od načina da se indirektno određuje energetsko stanje jona (što znači da ne dolazi do kolabiranja verovatnoće) putem posmatranja efekata energetskog stanja jona.