Kvantni računar

15.10.2006.

Još početkom 80-tih godina začeta je ideja o kvantnom računaru. Idejni tvorac je Nobelovac Richard Feynman, mada je mladi izraelski matematičar, David Deutsch razradio ovu ideju, uvidjevši da se bogatstvo varijacije kvantnog svijeta može iskoristiti i u svijetu računara.
Kvantna mehanika je, kao što je poznato, grana fizike, koja se bavi vječitom dilemom čestica-talas, tj. neke čestice imaju svojstva talasa i obrnuto, primjeri ovakvih partikala su fotoni (najmanja jedinica svjetlosti) i elektroni.
Kvantni računar se gradi upravo od ovih čestica. Postoje razni modeli.
Ali, krenimo ispočetka. Obični računari se zasnivaju na kodovima jedinica i nula. U unutrašnjosti računara postoje minijaturna integralna kola. Kada struja prolazi kažemo da je to 1, kad nema struje onda je 0. Ta integralna kola (tranzistori) su nevjerovatno sitni, ali, ipak, sadrže milione elektrona.
Zamislite samo jedan elektron. On rotira oko svoje ose kao mala planeta. Recimo, kad rotira naprijed, onda je 1, kad rotira suprotno onda je 0. Pošto elektorni slijede kvantne zakone oni mogu rotirati istovremeno i naprijed i nazad. Tako oni predstavljaju i jedinicu i nulu istovremeno!
Još bolje, uzmimo 2 elektrona. Oni se mogu kombinovati na razne načine. Mogu rotirati naprijed ili nazad, svaki za sebe; imamo ukupno 4 mogućnosti. Zahvaljujući kvantnim zakonima, postoji i hibridno stanje – svih 4 varijante istovremeno! Broj mogućih hibridnih stanja se brzo povećava sa brojem elektrona : 8, 16, 32.. Sa 30 elektorna imamo već više od milijardnu kvantnih stanja, koja sva, zanimljivo, ekzistiraju istovremeno.
Ne trudite se da razumijete. Niels Bohr je već upozorio: ” Onaj ko tvrdi da razumije kvantnumehaniku, u stvari ništa nije shvatio”.
Kvantni zakoni  se protive našem zdravom razumu, ali su, ipak, medju najfunkcionalnijim naučnim teorijama koje je ljudski um ikad stvorio.
Kvantfenomen je poput ljudskog života, stvaran, ali teško razumljiv, pa konstrukcija kvantnog kompjutera djeluje kao dobra konkurencija ljudskom umu.
David Deutsch je uvidio da se sa samo malim brojem elektrona može kodirati jako veliki broj cifara i s njima vršiti proračuni. Ali ne obične računske operacije, nego milijarde računa paralelno! Tako mogućnosti djeluju neograničene, a ako se uspije konstruisati kvantni kompjuter sa većim kapacitetom od onog koji danas postoji,  rušio bi sve granice.
Problemi koji slijede konstrukciju kvantnog računara, su svakako, njegova prevelika osjetljivost i nestabilnost. Observacija kvantnih stanja je teško izvodljiva sa mikroskopskim mjernim instrumentima, nemoguće je notirati više istovremenih kvantnih stanja. Nemamo, dakle, kontrolu nad svim tim milijardama računa koje se vrše , tako da ne znamo koliko je od toga tačno.
Druga poteškoća je nestabilnost. Ako se neka čestica koja nosi informaciju izloži spoljašnjem dejstvu, onda ona gubi tu informaciju. Ako se koriste elektorni, joni ili atomi kao informacioni medij onda se oni moraju izolirati od okoline, a to opet zahtijeva skupu opremu.
Svjetlost (fotoni) nije tako osjetljiva na spoljne uticaje i može se izolirati npr. sa fiberoptičkim kablovima i tako je idealna kao nosilac informacije. Ali postoji drugi problem sa fotonima: oni nikad ne miruju, nego se kreću brzinom svjetlosti a to onda sprečava pohranjivanje informacija i vršenje proračuna.
I tako, dok kvantni računari pravo ne zažive, još uvijek možemo samo maštati o svim tim avansiranim zadacima koje bi oni radili za nas:
– raščlanjivanje(faktorizacija) višecifrenih brojeva
– super-brzo sortiranje i traženje u bazama podataka
– vještačka inteligencija
– kvantna komunikacija (komunikacija gdje je prisluškivanje onemogućeno)
– dekriptovanje (ovog se plaše banke i druge institucije kojima je sigurnost na prvom mjestu)
– generisanje pravih slučajnih brojeva
– rješenje raznih NP problema (visoko-kompleksni problemi koji zahtijevaju da se prolazi kroz svako pojedinačno rješenje u potrazi za pravim)