Preto vznikol nápad, prečo nepoužiť kvázi ako tranzistory iba jednotlivé atómy? Nápad je to trúfalý a evidentne aj uskutočniteľný, je to len otázka času a technológii. A tak sa dostávame k nápadu kvantových počítačov. Kvantový počítač by teda využíval jednotlivé atómy na reprezentovanie logických stavov ako je „0“ a „1“. Nápad kvantového počítača však ohrozujú mnohé faktory a najväčším z nich je, že keď sa začne pracovať s hmotou na úrovni atómov, prestáva platiť klasická fyzika a nastupujú kvantové zákonitosti, ktoré sa riadia podľa takmer nepochopiteľných teórií. Kvantový svet je pre nás stále neznámym a nepochopiteľným, preto nie veľmi dosiahnuteľný. Zatiaľ sa len pozeráme z diaľky na kvantový svet a hovoríme si, že "takto by to malo asi fungovať".
Ako fungujú?
V klasickom svete, ktorý sa riadi logikou je jasné, že jedna vec sa môže nachádzať v jednom stave a potom, ak je donútená tento stav zmeniť, tak prejde do iného stavu. V kvantovej fyzike to takto nefunguje. Častica sa môže nachádzať v dvoch a viacerých stavoch naraz. Je to ako s elektrónom v atóme. Neviem presne zistiť kde je a kde nie je, ale vieme s 99% pravdepodobnosťou určiť kde je. V kvantovom svete miniatúrnych rozmerov teda môže častica laicky povedané bilokovať – nachádzať sa vo viacerých stavoch súčasne. Tento fenomén sa nazýva superpozícia. Kvantová častice, ktoré sa správajú takto sa nazývajú tzv. quantum bit – qubit. Qubity je možné skladať a sústava (pre označenie zoskupenia sa používa termín kvantový register) obsahujúca 3 qubity by mohla mať 8 možností stavov. Odmyslime si teda nateraz to písmenko q pri názve qubit. Berme to tak, že máme 3 klasické bity, ktoré spolu vytvorili sústavu a môžu nadobudnúť osem rôznych stavov – 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 a 111. Toto je jednoduché pochopiť. A teraz to písmenko q budeme brať do úvahy a berme, že toto sú kombinácie stavov 3 qubitov. Na tom nie je nič zvláštne, až pokým si neuvedomíme, že qubit sa nachádza v stave „0“ a „1“ súčasne. To znamená, že takáto sústava 3 qubitov sa môže nachádzať v jednom okamžiku v 8 stavoch naraz. A počet paralelných stavov sa zvyšuje exponenciálne 2 ^ n, kde n je počet qubitov.
Qubit – zoznámte sa...
Takýto výrok sa môže zdať nezmyselný, ale naše doterajšie znalosti dokazujú, že je to tak. Kvantový počítač, obsahujúci niekoľko tisíc atómov – qubitov by bol teda výkonnejší, ako všetky počítače dokopy na zemi. Niektorý vedci sa domnievajú, že výpočty kvantových počítačov prebiehajú v alternatívnych vesmíroch. Vedci a matematici si od nich tiež sľubujú, že vďaka tejto technológii bude možne riešiť aj dnes neriešiteľné matematické úkony akým je napríklad faktorizácia veľkých čísel na prvočísla. Toto sú však len čisto teoretické vedomosti, ktoré „by mali fungovať“ aj v praxi. Avšak ešte jedna vec robí vedcom zaoberajúcim sa vývojom týchto mašiniek vrásky na tvári, a to dosť hlboké. Vedelo sa už predtým, že vonkajšie prostredie ma deštruktívny vplyv na informácie ukladané do qubitov. Teoretickí fyzici pri jednej zo svojich štúdii však vyvodili predpoklad, že qubity strácajú informácie do nich vložené aj samy od seba. Ak by sa toto ukázalo aj v praktických testoch, môže to byť veľká bariéra k ceste ku kvantovým počítačom.
Ako sme ďaleko?
V roku 2005 sa podarilo zostrojiť prvý kvantový bajt, kvantový register pozostávajúci z 8 lapených iónov. Bola to odpoveď na otázku, či je možné vytvoriť kvantový bajt. Tento krok však je zrejme začiatok skutočných problémoch a ciest na ich riešenie, pretože až teraz sa dostanú zahmlené princípy fungovania kvantového sveta do reálnych skúšok v reálnom svete. Zatiaľ však tento kvantový bajt je jediné, čo máme v reálnej praxi vytvorené. Tiež, ak by sme boli úspešní vo vytvorení fungujúceho kvantového počítača, objavuje sa niekoľko otáznikov nad reálnymi úspechmi z tohto vývoja. Najzávažnejšie sú, že aj optimistické odhady počítajú s desiatkami rokov na prvé skutočne využiteľné fungujúce modely. Bude potrebné navrhnúť nový spôsob programovania, nové spôsoby riešenia úloh, na ktoré ľudské možnosti nemusia postačovať. A ak by sa aj tieto všetky problémy prekonali, potrebovali by ste mať doma počítač, ktorého výkon by bol prakticky nekonečný v porovnaní s dnešnými?
Vyzerá to predsa len tak, že kvantové počítače a všetko čo s nimi súvisí sú skutočne na hranici medzi serióznou vedou a mágiou. Nápad kvantových počítačov však plne nasycuje ľudský hlad po nedosiahnuteľných technologických zázrakoch.
Zdroje:
http://www.nature.com http://www.kosek.cz
http://www.scienceworld.cz
http://en.wikipedia.org
