Корак ближе квантном рачунару

Истраживачи у Националном институту за стандарде и технологију (НИСТ) начинили су недавно крупан корак ка остварењу квантних компјутера. Извели су, наиме, вишеструка израчунавања с квантним битовима (qubits).

А шта су то квантни битови?

Исто што и битови у данашњим електронским рачунарима, гласио би најкраћи одговор. Бит (бинарy дигит) је најмања јединица информације, а изражава се „јединицом” (1) или „нулом” (0) у бинарном броју (истинито или неистинито у логичком стању).

Квантни битови се, иначе, темеље на одликама четири субатомске честице – фотона, електрона, атома и јона – од којих је потоња најпожељнија. Фотони не утичу на друге честице, најбрже (и најлакше) путују, зато су подесни за преносиоце информација. Остале три су подложне међусобном деловању (интеракција), отуда су погодне за чување и обраду података.

Уколико се овлада баратањем појединачним атомима или јонима – вишеструко сићушнијим од садашњих транзистора и напреднијим од постојећих микрочипова, знатно моћнији квантни рачунари неће бити само заветни циљ армије научника и стручњака широм света. Садашње машине су неколико хиљада пута брже и десетинама пута мање од првих чудовишта са електронским цевима, тешких 30 тона, која су испуњавала овећу просторију. У протеклих 50 година малтене није промењено начело на којем су утемељене.

Три стања истовремено

Квантне рачунаљке су нешто сасвим друго: тајна је скривена у готово магичном својству голим оком невидљивих честица, микронске величине (хиљадити део милиметра), да истовремено буду у два и више стања.

Обично интегрисано коло складишти податке захваљујући транзисторима који прелазе из једног у друго стање (и обратно) – уључено или искључено. Квантно коло може да представља у исти мах најмање три стања: укључено, искључено и обоје заједно (нешто између), што се назива квантном суперпозицијом. Другим речима, уписује се кудикамо више података (информација) на сваком колу. Како то изгледа?

Посматрате ли нашу планету, можете дочарати северни пол као укључен, а јужни као искључен. И шта имате: данашње микропроцесоре или рачунаре. Уколико се досетите да из средишта усмерите стрелу ка једном или другом полу, имаћете и треће стање или квантни рачунар. Дакле, можете сместити више података у једном квантном биту.

Постојеће меморије су, нема сумње, складишта у која је убачено мноштво података, изражених у виду „јединица” и „нула” (бинарни бројеви) или укључених и искључених транзистора. Обиље транзистора је потребно да би се упамтило мноштво бинарних бројева, отуда постојећи рачунари имају толико велика складишта. Да бисте, на пример, упамтили број 256 (а то је у бинарном виду – 11111111), неопходно је осам битова и још један за могућу грешку. А малочас поменута стрела исто исказује, зависи куда је усмерите: 256 или неки други број. Једноставно речено: један квантни бит сачува више података него хиљаде транзистора!

Згуснуто уписивање омогућује другу важну предност – брзину. Уместо да приступате многим меморијама на различитим местима, ви претражујете такорећи тренутно.

И треће преимућство представља – преплитање или „тајну везу” двеју квантних честица које делују једна на другу: уколико се једна мења, истог часа се мења и друга. Чак и ако се не додирују! А ни раздаљина нема великог утицаја. То необично својство још није потпуно разјашњено, али ће учинити да квантни рачунари једни са другима „ћаскају” без имало кашњења, па и кад су веома удаљени!

Опасно загревање

Амерички научници су складиштили јоне берилијума у тзв. јонским клопкама користећи ласерски сноп да надгледају у којем су електронском стању. А ова електронска стања и међусобно деловање одређивала су квантно рачунање које је изводила машина.

Минулих неколико деценија постојано се напредовало ка квантним рачунарима, најчешће у чувању квантних података или извођењу логичких радњи (операција) с квантним битовима. У НИСТ-у су, међутим, начинило неколико крупних корака истовремено: увели су јоне у жељено стање, убацили унутра квантне битове, пренели поруку (информацију) с једног на друго место и, напослетку, појединачно су прочитали сваку од тих најмањих јединица. Најважније од свега јесте да су све то урадили једно за другим у истом огледу.

Садашњи домет је пет логичких и десет преносних радњи у низу, с обзиром да јони очас могу да се растуре. У међувремену су искрсле још две невоље. Прва је да се постојеће субатомске честице загреју после сваке радње, зато што су изложене ласерским зрацима, па су истраживачи морали да додају магнезијум. А друга је да се очувају на окупу, упркос деловању магнетног поља.

У постојећим јонским замкама може се барати с највише десет квантних битова, а да би се надиграли уобичајени рачунари нужно је утростручити збир, чак и премашити утростручење, што се може достићи у следећих десетак година. Уједно је неопходно побољшати тачност (поузданост) обављања радњи са садашњих 94 на 99,99 одсто.

У чему ће се квантни разликовати од постојећих рачунара?

Свеједно где се налазите, можда и на другом крају планете, имаћете тренутни приступ подацима. И огромну рачунарску снагу на располагању, чиме се данас могу похвалити ретки власници суперрачунара, који нису у стању да задовољавајуће дочарају климу, опонашају вештачку интелигенцију или разбијају заштићене шифре.