Strona głównaPytania → Skąd bierze się przewaga komputerów...

Skąd bierze się przewaga komputerów kwantowych nad klasycznymi?

Pytanie

Pyta Krzys

Skąd bierze się przewaga komputerów kwantowych nad klasycznymi? Czy jest to kwestie tego, że algorytmy niedeterministyczne wymagają mniejszej liczby kroków, a ceną jest po prostu brak pewności co do wyniku? Czy w takim razie można uzyskać podobne efekty biorąc dane np. z generatora liczb pseudolosowych?

Odpowiedź

Odpowiada Rafał Demkowicz-Dobrzański

Nie, nie chodzi tu o algorytmy niedeterministyczne. Należy pamiętać że mechanika kwantowa to coś znaczniej więcej od fizyka klasyczna + indeterminizm. Weźmy podręcznikowy eksperyment kwantowy gdzie foton pada na przesłonę z dwoma szczelinami. Po wielokrotnym wysłaniu pojedynczego fotonu, punkty w których został zarejestrowany foton na ekranie za przesłoną utworzą prążki interferencyjne (takie jakie utworzyłaby fala padająca na dwie szczeliny). Pokazuje to, że pojedynczy foton „przeszedł oboma szczelinami na raz”. To jest kluczowy element dla zrozumienia działania komputerów kwantowych. Układ kwantowy, tj. foton/atom możemy traktować jako logiczny bit znajdujący się w stanach 0 lub 1 (foton leci górną szczeliną, lub foton leci dolną szczeliną). Ale w odróżnieniu od fizyki klasycznej mamy jeszcze dopuszczalne możliwości gdzie foton znajduje się jednocześnie w stanie 0 i 1 (przechodzi oboma szczelinami) – mówimy wtedy, że znajduje się w superpozycji stanu 0 i 1. Nie należy tego mylić z sytuacją gdzie foton przechodzi którąś ze szczelin, a my nie wiemy jaką. Gdyby faktycznie tak było, to nie zachodziłoby zjawisko interferencji i na ekranie nie obserwowalibyśmy prążków, a jedynie dwie plamy za szczelinami.

W komputerze kwantowym wykorzystujemy powyższe zjawisko przygotowując kwantowe bity (qubity) właśnie w takich superpozycjach, które reprezentują różne zakodowane liczby. Następnie komputer przetwarza te dane równolegle i stąd w skrócie można powiedzieć bierze się potencjalny zysk komputera kwantowego nad klasycznym – z gigantycznej możliwość zrównoleglenia obliczeń. Oczywiście pozostaje wiele technicznych aspektów dotyczących tego jak w praktyce przeprowadzać te obliczenia i jak uzyskać pożądany wynik. W teorii wszystko jest zrozumiane, ale praktyczne realizacje są jeszcze w powijakach. Jeśli trafi Pan kiedyś  przypadkiem na stronę firmy D-Wave sprzedającej komputery kwantowe proszę pamiętać, że do komputera kwantowego temu jeszcze bardzo dużo brakuje, a jak naprawdę w końcu powstanie to wszyscy to zauważą, gdyż nagłówek https:// nie będzie żadną gwarancją bezpieczeństwa (kwantowy algorytm Shora pozwala rozkładać błyskawicznie wielkie liczby na czynniki pierwsze i tym samym łamać podstawowe zabezpieczenia internetowe oparte o klucze publiczne – RSA).