Minden ami tudomány/technika rovat

Mikor elhatároztam, hogy néhány órára beleásom magam ebbe a témakörbe, még nem sejtettem milyen komoly fába is vágom a fejszémet. Nehezemre esett az Interneten emészthető információra bukkanni, mivel legtöbb (gyakorlatilag minden) esetben olyan mély matematikai háttérre lett volna szükségem, amivel már sajnos jó ideje nem rendelkezem. (Talán egyetemista fénykoromban még bele tudtam volna harapni az első néhány képletbe...)

Kezdek attól tartani, hogy az átlagember számára egy kvantumszámítógép működésének megértése túl nagy kihívás. Ettől függetlenül ideblogolnám most mindazt, amit sikerült magamra szednem a témában. (mindemellett rövid is kívánok lenni)

Kezdjük avval, amit talán mindenki tud. A számítógép amin ezt olvassuk a bit-eket diszkrét értékekként tárolja. Az hogy egy 8-bites regiszter tartalma 00100110 vagy 11011001, minden időpillanatban fix. Az összeadás, számolás megegyezik az emberi gondolkodással, csupán bináris mezőkön. Egy kvantumszámítógép úgynevezett qbitje kicsit többet tud ennél. Az érték nem diszkrét módon tárolódik, hanem valószínűségi, ún. hullámfüggvények által definiálva. A qbit bizonyos valószínűséggel 0, bizonyos valószínűséggel 1, de hogy egy adott időpillanatban melyik, azt nem tudjuk megmondani. (Aki megkérdezné miért: Egy qbit atomi szinten, vagy az alatt tárolódik fizikailag, ahol már nem a makrovilág törvényei érvényesülnek, hanem a logika nagy ellensége, a kvantumfizika diktálja a szabályokat). Az, hogy egy pl. 8 qbites regiszter mit is tárol, akkor tudjuk meg, amikor megfigyelőként beavatkozunk a kvantumfolyamatokba, és a rendszert diszkrét állapotba lökjük. A dologban a legszebb, hogy nagy valószínűséggel a regiszter következő kiolvasásakor teljesen más tartalmat fogunk látni, harmadik esetben pedig megint újabbat... (Akinek ez magas, ajánlom a kvantumfizika megismerését, azon belül elsősorban Schrödinger macskájának analógiáját.)

Miért is jó ez elméletileg? Maradjunk egy 8 bites példánál. Mivel minden biten 0 v 1 lehet kiolvasáskor, ezért ez qbitek esetén azt jelenti, hogy a regiszter egyidejűleg van 2^8-on (=256) állapotban, (hiszen kiolvasáskor dől el mit is látunk) míg egy klasszikus bitekből álló rendszer ezen állapotoknak egyszerre legfeljebb egyikét veheti fel. Kezdjük már sejteni talán, hogy amennyiben számolásra lehet felhasználni (márpedig fellehet) egy ilyen rendszert, micsoda ugrásszerű gyorsulást lehet elérni? A rendszer elvileg képes számolásokon párhuzamosan dolgozni, amivel egy 30qbites rendszer esetén akár 10teraflopos teljesítményt lehet elérni... (több mint 1000szerese egy mai asztali gépnek)

Azonban még egy fontos dolgot meg kell itt említenem. A számolások kimenetele nem determinisztikus, mint a klasszikus felfogású gépek esetében, hanem valószínűségi. Számolási algoritmusaik sem egyeznek meg a mai gépekével. Azoktól eltérő módon ún. unitér mátrixokkal manipulálnak, amelyeknek működését bevallom még csak közelről sem értem, de egy remeknek igérkező tulajdonsággal rendelkeznek. A számolások és események reverzibilissé válnak általa. Lehet ez még eddig senkit nem ütött szíven, de ha néhányan akik ezt az egészet értik azt mondják, legyen, én elhiszem nekik. Kicsit konkrétabban, mire is gondolunk reverziblitás alatt? Képzeljünk el egy VAGY (OR) kaput, ami akkor ad kimenetén 1-t, ha legalább valamelyik bemenete 1 volt. Klasszikus esetben a kimenetet tanulmányozva nem tudjuk megmondani, hogy melyik bemeneten észlelt a kapu 1-t, csak azt tudjuk hogy valamelyiken. Állítólag kvantumrendszerek esetén ez megállapítható, és ezért visszafele is lejátszható egy folyamat. Állítólag ez jó dolog, én egyelőre nem értem miért.

Az a sejtésem az olvasataim alapján, (és innen kezdve már tényleg minden csak az én spekulációm), hogy ezen számítógépek nem fogják felváltani a normális elven működő gépeinket, legalábbis egyelőre nem... Ha csak belegondolok, mekkora macera 2db 8 qbitből álló regiszternek kiszámolni 2x2-t?? Elvégre 00000010 x 00000010 nem egy nehéz számolás klasszikus esetben, de mindezt valószínűségekkel kihozni, úgy, hogy a fenti 2x8 qbitből bármilyek bármikor más olvasatban realizálódhat.... Gyanítom, hogy a kvantumgép is kiszámolná, hogy a megoldás 00000100, de csak az esetek teszem azt 80%-ában... (Persze, lehetséges, hogy máshogy számol egy qgép, és az én agyam túl konzervatív egyelőre)

A rendszer igazi haszna olyan számolásokban rejlik, amelyre a jelen struktúrájú gépek képtelenek, mivel számításuk vagy meghalad minden időkorlátot, vagy túlontúl is hosszadalmas. (pl jelen kriptográfiai kódoló eljárások (RSA), komplex fourier transzformációk). Egy komoly erőforrású kvantumszámítógéppel órák alatt fel lehet törni a legtöbb Internetes kódolt információt, amire a mai gépek képtelenek, vagy olyan komplex struktúra és mintázat felismerést végezhetünk velünk, amikre manapság csak a grid-ek képesek.

Hogy is néz ki egy ilyen kütyü a valóságban? A leghasznosabb technológia még úgy látom nem eldöntött, és a legtöbb kísérleti formájú, de mivel atomi szintű módosításokról van szó (spin "up" "down" mint 0/1), nyugodtan elképzelhetünk magunknak egy adag vákuumot, illetve egy izmos elektromágneses teret, esetleg szupravezetőkkel megspékelve közel az abszolút nulla fokhoz (Jóval -200C alatt). Íme a D-wave egy ígéretes alkotása, aminek tesztelésével már a youtubeot is elhalmozták....

Egyelőre ne várjuk tehát, hogy 2 éve múlva bemegyünk a boltba, és kvantumgépet veszünk a gyereknek, hogy jobban fusson a Quake5. De azt hiszem, ami késik nem múlik...