Choose fontsize:
Witamy, Gość. Zaloguj się lub zarejestruj.
 
Strony: 1   Do dołu
  Drukuj  
Autor Wątek: Komputery kwantowe – następcy pecetów?  (Przeczytany 4226 razy)
0 użytkowników i 1 Gość przegląda ten wątek.
Michał-Anioł
Moderator Globalny
Ekspert
*****
Wiadomości: 669


Nauka jest tworem mistycznym i irracjonalnym


Zobacz profil
« : Grudzień 06, 2009, 12:00:16 »

Prawie każda dziś książka poświęcona różnym aspektom mechaniki kwantowej nie może się obyć bez przypomnienia dwóch prawd. Pierwsza z nich głosi, że miniony i obecny wiek należy nazwać stuleciem informacji i komputerów. A druga powiada, że wkrótce powstaną komputery kwantowe o takiej mocy obliczeniowej, przy której najbardziej zaawansowane superkomputery klasyczne będzie można porównać do liczydeł. Nikt tylko nie mówi kiedy to dokładnie nastąpi.

Kiedy kwantowy komputer będzie można zwyczajnie kupić w sklepie? Może już nawet za 10-15 lat, powiada prof. Marek Kuś z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, choć od razu dodaje, że zalicza się w tej dziedzinie do optymistów. Zadecydują – jak mówi - uwarunkowania ekonomiczne. Na badania w tej dziedzinie przeznacza się stosunkowo dużo pieniędzy a to zawsze dobrze wróży badaniom. Obecnie na całym świecie nad kwantowym przetwarzaniem informacji pracuje kilka ośrodków uniwersyteckich. Kilka tego typu zaawansowanych projektów finansuje Unia Europejska w ramach V Programu Ramowego. W Polsce KBN finansuje duży zamówiony przez siebie program poświęcony spintronice. Jest to dosyć szeroki program badań doświadczalnych wykorzystujący do przetwarzania informacji stany spinowe elektronów w układach półprzewodnikowych. Pracuje nad tym kilka grup fizyków z Warszawy i z Poznania.

Polskie ośrodki dosyć wcześnie włączyły się w badania nad podstawami kwantowej informatyki. Przoduje Uniwersytet w Gdańsku, jest też kilka grup fizyków teoretyków w Krakowie, Wrocławiu, Poznaniu. Czynione są też próby stworzenia ogólnopolskiej sieci ośrodków zajmujących się fizycznymi podstawami przetwarzania informacji.


Pożytki z paradoksów kwantowych

Budujemy coraz bardziej zagęszczone i coraz wydajniejsze procesory. Zgodnie z empirycznym prawem Moore’a, jednego z twórców Intela, liczba elementarnych tranzystorów w procesorze podwaja się co półtora roku. Łatwo więc wyobrazić sobie moment, w którym budując kolejne procesory zaczniemy operować wielkościami zbliżonymi do wielkości jednego atomu. Czy prawa fizyki według których działa obecny komputer będą wtedy nadal obowiązywały? Otóż nie.

Na poziomie mikroświata musimy zacząć uwzględniać prawa mechaniki kwantowej. To nakłada na konstruktorów komputerów kwantowych pewne ograniczenia, ale w całkiem niespodziewany sposób jest też źródłem niebagatelnych korzyści. Prof. Kuś wyjaśnia to tak:

Jednym z najbardziej paradoksalnych zjawisk w mechanice kwantowej jest to, że obowiązuje tam inne prawo występowania układów w danym stanie niż jesteśmy do tego przyzwyczajeni na poziomie makroskopowym. Na poziomie makroskopowym wiadomo gdzie co jest. Na kwantowym – obiekty mikroświata mogą występować w wielu stanach równocześnie. Dopiero oddziaływanie ze światem zewnętrznym powoduje, że stan się ukonkretnia i wtedy mamy do czynienia z pomiarem określającym prędkość czy położenie cząstki.

Jak to będzie w przypadku komputera? Zwykle dajemy mu coś na wejście, przepuszczamy prąd elektryczny i otrzymujemy stan na wyjściu. W mechanice kwantowej zasada działania jest taka sama, ale możliwości inne. Tym razem już na wejściu możemy wprowadzić stan, który jest jakby sumą wszystkich możliwych stanów. Na przykład, w normalnym komputerze, żeby obliczyć wartość jakiejś funkcji dla n kolejnych liczb naturalnych musimy wykonać n procesów obliczeniowych. W komputerze kwantowym wystarczy zrobić to tylko raz, gdyż na wejściu możemy mieć stan, który niejako koduje wszystkie możliwe wejścia od jednego do n.

Potęga obliczeń kwantowych wynika z tego, że w stanach kwantowych możemy rozpatrywać znacznie więcej układów niż w stanach klasycznych. Obliczenia można też znacznie przyspieszyć (przydatne na przykład w procesach przewidywania pogody, zmian klimatycznych, zmian stanu środowiska).


Nowy komputer - nowe programy

Takich programów jest jak dotąd bardzo mało, co wynika oczywiście i z braku komputerów kwantowych, ale i z tego, że udało się zrobić dopiero kilka spektakularnych obliczeń, zajmujących czasowo astronomicznie wielkie skale czasowe przy komputerach klasycznych, a które dałoby się obliczać w czasie realnym w komputerach kwantowych.

Najbardziej spopularyzowanym algorytmem jest ten, który pokazuje jak znajdować czynniki pierwsze dużych liczb. Oto mamy bardzo dużą liczbę i trzeba ją rozłożyć na czynniki pierwsze. Łatwo policzyć, że jeżeli ta liczba jest kilkudziesięciocyfrowa to znalezienie przy obecnych możliwościach komputerów jej czynników pierwszych wymagałoby czasu przekraczającego życie ludzkie, a jeżeli się tę liczbę o kilka rzędów powiększy - to o szacowany czas istnienia Wszechświata. Znajdowaniem takich wielkich liczb pierwszych mogłyby się zajmować komputery kwantowe, a ten kto pierwszy pozna tak wielkie liczby będzie mógł na tej podstawie szyfrować dane.
Z drugiej strony, zastosowanie mechaniki kwantowej do przesyłania informacji pozwala na tworzenie zupełnie nowych sposobów zabezpieczania danych. Wykorzystuje się tu taką własność mechaniki kwantowej, że pomiar układu kwantowego w sposób nieodwracalny niszczy ten układ. Wynik tego pomiaru nie pozwala nam całkowicie odtworzyć stanu przed pomiarem, co pozwala np. kontrolować, czy przesyłana informacja była w jakiś sposób podsłuchiwania, zmieniana, czy były jakieś próby jej odczytania itp.


Kłopoty i nadzieje konstruktorów

Główną przeszkodą w skonstruowaniu komputera kwantowego jest to, że taki komputer zawsze jest poddany oddziaływaniu z zewnętrznym otoczeniem. Dla komputera kwantowego nie tylko zrzucenie ze stołu, ale nawet minimalne sprzężenie z otoczeniem można traktować w pewnym przybliżeniu jak pomiar, który ukonkretnia stan pewnego stanu kwantowego. Cały wysiłek inżynierów idzie więc w kierunku wymyślenia takiego układu fizycznego, który byłby bardzo odporny na wpływ otoczenia. Testuje się m.in. pomysł zmierzający do przetrzymywania atomów w pułapkach magnetycznych i sterowania nimi impulsami światła laserowego (podobnie jak to jest w przypadku magnetycznego rezonansu jądrowego), czy sterowania stanami spinowymi elektronów w przewodnikach. Tempo prowadzonych prac i postęp, jaki dokonał się w tej dziedzinie w ostatnich latach pozwalają wierzyć, że jeszcze za naszego życia pierwszy komputer kwantowy pojawi się w jakimś laboratorium. A z czasem może i na biurku...

text z http://www.sprawynauki.waw.pl/?section=article&art_id=449
Zapisane

Wierzę w sens eksploracji i poznawania życia, kolekcjonowania wrażeń, wiedzy i doświadczeń. Tylko otwarty i swobodny umysł jest w stanie odnowić świat
Michał-Anioł
Moderator Globalny
Ekspert
*****
Wiadomości: 669


Nauka jest tworem mistycznym i irracjonalnym


Zobacz profil
« Odpowiedz #1 : Czerwiec 29, 2010, 12:06:51 »

Naukowcy z The Australian National University są autorami najbardziej efektywnej jak dotychczas kości kwantowej pamięci. Udało im się zatrzymać i kontrolować światło oraz manipulować elektronami. Wszystko w krysztale schłodzonym do temperatury -270 stopni Celsjusza.

Światło wpadające do kryształu jest zwalniane aż do zatrzymania się i pozostaje tam tak długo, jak chcemy. Otrzymujemy w ten sposób trójwymiarowy hologram, dokładny do ostatniego fotonu - mówił Morgan Hedges, główny autor badań.

Dodał przy tym, że z fakt, iż taki hologram można odczytać tylko raz, czyni całość bardzo dobrym narzędziem służącym bezpiecznej komunikacji.

Australijscy naukowcy mają też nadzieję, że uda się przeprowadzić testy pokazujące, jak kwantowe splątanie ma się do teorii względności.

Możemy splątać stany kwantowe w dwóch układach pamięci, to znaczy w dwóch kryształach. Zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, odczytanie stanu jednego z nich doprowadzi do zmiany stanu drugiego, niezależnie od odległości dzielących oba kryształy. Zgodnie z teorią względności, to w jaki sposób płynie czas dla układu pamięci zależy od tego, jak się on porusza. Jeśli będziemy mieli dobre kości kwantowej pamięci, to do zbadania interakcji pomiędzy obiema teoriami wystarczy wsadzić jeden z kryształów do bagażnika samochodu i wybrać się na przejażdżkę - stwierdza doktor Matthew Sellars. Zespół Sellarsa już wcześniej pokazał, jak można zatrzymać światło w krysztale na ponad sekundę, czyli 1000-krotnie dłużej, niż było to możliwe wcześniej.

Teraz uczeni połączyli wysoką wydajność z możliwością zatrzymania światła na całe godziny.


Autor: Mariusz Błoński

Źródło: The Australian National University
http://kopalniawiedzy.pl/The-Australian-National-University-pamiec-kwantowa-krysztal-swiatlo-Morgan-Hedges-Matthew-Sellars-10726.html
Zapisane

Wierzę w sens eksploracji i poznawania życia, kolekcjonowania wrażeń, wiedzy i doświadczeń. Tylko otwarty i swobodny umysł jest w stanie odnowić świat
Strony: 1   Do góry
  Drukuj  
 
Skocz do:  

Powered by SMF 1.1.11 | SMF © 2006-2008, Simple Machines LLC | Sitemap
BlueSkies design by Bloc | XHTML | CSS

Polityka cookies
Darmowe Fora | Darmowe Forum

killers foxlive forumszkoly car-o chopin