Nedjelja 22 Listopad 2017

Pretraga

Blogovi

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Civilna tehnologija

Računalo budućnosti

16 Lis 2015

Korisnička ocjena: 0 / 5

Zvjezdica neaktivnaZvjezdica neaktivnaZvjezdica neaktivnaZvjezdica neaktivnaZvjezdica neaktivna
 

maxresdefault

Jedan članak iz ni više ni manje nego 1998g. pisan rukom dr.Zdenka Franića, a koji je danas itekako aktualan, jer upravo starta kvantna tehnologija i sve što se sada več davne 1998g. činilo nemogučim, naravno da je postalo ili postaje stvarnost. U članku možete vidjeti kako u osnovi funkcionira kvantni procesor i koji su mu trenutni nedostaci...

Fizičari Neil Gershenfeld iz Massachussets Institute of Technology i Isaac Chuang iz Los Alamos National Laboratory već desetljećima nisu osjetili takvo odušševljenje i osjećaj uspjeha nakon ššto su točno zbrojili dva broja. Naravno, niti su to učinili napamet, niti su se poslužžili dječjim trikom da prebroje odgovarajući broj prstiju. Oni su izumili kvantno računalo. Jošš proššloga ožžujka, njih su dvojica demonstrirali takvu napravu koja je zbrojivšši jedan plus jedan kao rezultat dobila dva. No, već potkraj proššle godine(1997.) njihovo je računalo moglo po zadanome kriteriju izabrati jedan od ponuđena četiri broja. Iako je to jošš daleko od Pentiuma, radi se o neobično važžnom prvom koraku. Subatomski svijet kvantne mehanike u kojem čestice nisu kruta tijela nego ne-fizičarima tešško shvatljivi "oblaci vjerojatnosti" možže izgledati neintuitivan, čak i nelogičan. Jedan od najvećih fizičara XX. stoljeća, nobelovac Richard Feynman , jednom je rekao kako smatra da nitko ne razumije kvantnu mehaniku, te da se o toj teoriji jedino možže reći da je - ispravna. Ipak, jošš prije dvadesetak godina dok je revolucija silicijskih računala tek započinjala, Feynman i jošš neki znastvenici su razmiššljali kako čudne, laicima bizarne zakone kvantne mehanike iskoristiti za konstrukciju radikalno novih vrsta računala. 

 

Današšnja računala zbog prirode elektroničkih komponenti podatke predstavljaju nizovima jedinica i nula, što pak odgovara električnim nabojima u elektroničkim krugovima. Kvantna računala umjesto elektroničkih krugova rabe čestice, npr. atome, a podaci se predstavljaju kvantnim stanjima kao ššto su orijentacija spina (unutarnji zakretni moment) kod elektrona ili orijentacija polarizacije kod fotona. Godine 1985. David Deutsch sa Sveučilišta u Oxfordu ukazao je da kvantnomehanički zakoni dopušštaju da neka čestica u hipotetičkom kvantnom računalu nosi višše od jednog bita informacija. Riječ "bit" je skraćenica izraza binary digit (binarni broj), te označava broj u binarnom zapisu (0 ili 1), koji pak odgovara jednoj informaciji. Kod kvantnih računala se stoga govori o kvantnim bitima, odnosno qubitima. Računalo sa svega sto čestica bi stoga moglo izvrššavati operacije sa čak 2na 100 brojeva odjednom! 

 

No, glavni izazov pri realizaciji takvog računala jest "nadmudriti" princip neodređenosti, jednu od najbizarnijih premisa kvantne teorije, koja podjednako fascinira fizičare i filozofe. Princip neodređenosti postavio je jošš 1927. godine Werner Heisenberg, jedan od utemeljitelja kvantne mehanike. Taj princip utvrđuje granice eksperimentalnog istražživanja subatomskih pojava, budući da je nemoguće istovremeno točno određivanje položžaja i brzine (momenta) elementarnih čestica. Pojednostavljeno, samim činom promatranja, promatrač utječe na promatranu realnost. Grupa izraelskih fizičara je u radu tiskanom u časopisu Nature (26 veljača 1998) čak dokazala da se kontroliranjem svojstava "kvantnog promatrača" kontrolira i njegov utjecaj na ponaššanje kvantnog sustava. 

 

Potrebno je dakle pronaći način kako u kvantnomehaničkom računalu "pročitati" podatke te ih potom procesirati, bez da se utječe na njihova kvantna stanja. Odnosno, qubiti moraju simultano biti zašštićeni od okolišša (promatrača) kako bi se sačuvala njihova kvantna stanja, ali istovremeno moraju biti i povezani s okoliššem (podvrgnuti promatranju) kako bi se primijenili početni uvjeti, izvrššili proračuni i isčitali rezultati. U praksi se stoga pri realizaciji kvantnih računala pojavljuju ogromne tešškoće. Gershenfeld i Chuang su problemu pristupili na nov način, te su umjesto da pokuššaju pažžljivo izolirati mali broj qubita rabili velike termalne sustave (s barem 1023 čestica ili molekula), kakav primjerice predstavlja ššalica kave. U takvom sustavu čestice ili molekule nasumično se gibaju u svim smjerovima. No, kada sustav bude izložžen radio pulsevima dolazi do fenomena nuklearne magnetske rezonancije (NMR). Odnosno, dolazi do odstupanja od ravnotežžnog stanja (ekvilibrija), sustav postaje djelomično "uređen", te dio čestica poprima određenu prostornu orijentaciju. I bašš je ta orijentacija tražženi signal, odnosno jedan qubit. Srce "računala" kojeg su konstruirala dvojica fizičara naravno nije bila kava, već mala količina (doslovce "prstohvat") organskog spoja alanin, jedne od aminokiselina. Molekula alanina možže sadržavati čak tri qubita, jer se svaki od njena tri ugljikova atoma pobuđuje različitom NMR frekvencijom. No, u ovom su slučaju za zbrajanje dvaju brojeva uporabljena samo dva ugljikova atoma iz molekule. Ti su atomi dakle bili hardver kvantnog računala, dok je programska podršška, softver, bio radio-puls kojim su atomi pobuđivani. Svaki puls promijenio je orijentaciju spina samo jednog atoma ugljika u paru ("mete"). Ta je promjena ovisila o trajanju pulsa te o orijentaciji drugog ugljikovog atoma ("kontrolni atom"). Nakon izvrššenja programa (prestanka pulsa) na izlaznoj jedinici, u ovom slučaju NMR spektrometru, očitan je rezultirajući spin promatranog para ugljikovih atoma, odnosno rješšenje algebarskog izraza 1+1. 

 

Veliki potencijal kvantnih računala ležži u činjenici da su teorijski sposobna izvrššavati ogroman broj istovremenih proračuna. No, kako bi se taj potencijal iskoristio, potrebno je pronaći pogodnu molekulu koja bi mogla dati veći broj qubita. S desetak qubita, kažže Chuang kvantno bi računalo nadmaššilo sposobnosti većine predšškolske djece, te bi već moglo množžiti jednoznamenkaste brojeve. Za neššto zaista korisno, npr. faktoriziranje brojeva bili bi potrebni deseci tisuća qubita. Tada bi se kvantna računala mogla pozabaviti i problemima iz svog vlastitog svijeta, te simulirati druge kvantno-mehaničke probleme kao ššto je npr. ponaššanje kvarkova u atomskim jezgrama. I dok danas neki filozofi predviđaju "kraj znanosti" smatrajući da su sva važžna otkrića već učinjena, dva kamena temeljca suvremene fizike, kvantna mehanika i Einsteinova opća teorija relativnosti međusobno su inkompatibilna. Dok se opća relativnost ne podvrgava kvantnim zakonima koji opisuju svijet elementarnih čestica, na drugom kraju svemirske skale crne rupe predstavljaju izazov i samim temeljima kvantne mehanike. Paradoksalno, možžda će jednoga dana izuzetno moćne procesorske mogućnosti kvantnih računala znanstvenicima pomoći pri formuliranju jedinstvene teorije koja će ujediniti gravitaciju s kvantnom mehanikom. 

Arhitektura kvantnog procesora:

qubit QCADprocesor

 

Autor: Dr.sc. Zdenko Franić

izvor: http://mimi.imi.hr/~franic/qc.html

WMD hosting

wmd dno

Registracija

Zahvaljujemo Vam na registraciji!