To ten sam kot w układzie 0-1 (Fot. Flickr/CC)
Koty na zdjęciu są z dwóch powodów. Po pierwsze – kocham koty. Po drugie – to jest z perspektywy kwantowej jeden kot, tyle że w układzie 0-1. Pamiętacie słynny eksperyment z kotem Schrödingera? IBM zrobił to samo z bitem informacji. Taki bit z perspektywy kwantowej przyjmuje jednocześnie wartość 0 i 1. Magia? Jeżeli tak, to IBM skonstruował czarodziejski układ scalony.
Kot Schrödingera był jednocześnie żywy i martwy. Z perspektywy fizyki kwantowej nasze zdziwienie nie powinno mieć miejsca (albo powinniśmy być jednocześnie zdziwieni i wcale nie zdziwieni…). Taka sytuacja może mieć miejsce, mimo że logicznie jest ona niemożliwa. A skoro kot może być jednocześnie żywy i martwy, to czemu bit nie może być jednocześnie zerem i jedynką. No i czemu by nie skonstruować komputera kwantowego, który na takich wartościach operuje.
qubit na sterydach
Bit jest passe. Na potrzeby nowego chipa wprowadźmy pojęcie qubit, czyli hmm.. bit Schrödingera – jednocześnie 0 i 1. Układy oparte na takich jednostkach informacji już powstały, potrafią nawet wykonywać podstawowe algorytmy. Nie o to jednak chodzi, by szalenie zaawansowana technologia potrafiła dodawać 2 do 2. Chodzi o coś zupełnie innego, znacznie szybszego – qubit oparty na nadprzewodniku.
qubity w pełnej krasie (Fot. IBM)
Naukowcy z Watson Research Center w Nowym Jorku (grupa wchodząca w skład Big Blue, zajmująca się zastosowaniami kwantowymi w IT) ogłosili, że wydajność układów opartych na qubitach wzrosła kilkukrotnie, co umożliwia lepszą korekcję błędów oraz konstrukcję znacznie bardziej złożonych struktur obliczeniowych. Można myśleć o niezwykle skomplikowanych obliczeniach i realnym, konkurencyjnym zastosowaniu mechaniki kwantowej w IT.
No dobrze, ale jak wygląda tranzystor Schrödingera??!
No bo kociak w skrzyni był jedynie ideą, czymś niematerialnym, ćwiczeniem umysłowym. Tranzystor z kolei jest rzeczą fizyczną, która ma określony stan (zgodnie z fizyką, jaką znamy z podstawówki). Nic to – dzięki zasadzie superpozycji w mechanice kwantowej tranzystor może jednocześnie przyjąć wartość 1 i 0. Można to osiągnąć dzięki elektronowi i jego spinom. Spin to moment własny pędu cząstki. Elektron może mieć spin górny (0 w układzie binarnym) albo spin dolny (1 w układzie binarnym), no i jak się pewnie domyślacie, może mieć spin, który jestjednocześnie górny i dolny!
Jaśniej nie potrafię tego wyjaśnić, tym bardziej, że problemy ma z tym sam Matthias Steffen, szef zespołu:
Nie ma praktycznie żadnej sytuacji/analoga w naszym świecie, która by odzwierciedlała ten stan. To tak, jakbym powiedział, że jestem jednocześnie tu i tam.
Na czym polega siła takiego układu? Jeżeli zestawimy dwa qubity, to możemy przechowywać jednocześnie cztery wartości: 00, 01, 10, 11. Co to oznacza w praktyce? Układ 250-qubitowy zawierał by więcej bitów niż jest cząstek we wszechświecie!
Problem z konstrukcją takiego komputera leży w spójności qubita. Ciężko jest utrzymać jego „kwantowy stan” i bardzo szybko staje się on zwykłym bitem. Naukowcy planują rozwiązać ten problem właśnie za pomocą nadprzewodniości. Istnieją pewne substancje, które po schłodzeniu cechują się zerową rezystancją. Dzięki temu tworzy się coś w rodzaju pętli – prąd płynie jednocześnie w dwóch kierunkach – zgodnie z ruchem wskazówek zegara (0) i przeciwnie (1). Prawda, że proste? IBM chwali się właśnie takim rozwiązaniem – dwa nadprzewodnie elektrody umieszczono w izolatorze z tlenku glinu. Układ jest całkiem stabilny (koherentny) i, co najważniejsze, działa!
Pamiętacie wpis o biochemii kwantowej? Tak mi właśnie przyszło do głowy – a może doświadczenie „bycia poza ciałem” jest właśnie doświadczeniem kwantowym? Jesteśmy jednocześnie w dwóch różnych miejscach. Co więcej, możemy obserwować sami siebie! Parapsychologia to prostu psychologia kwantowa! ;-)
