Οι κβαντικοί υπολογιστές, κάνουν χρήση των χαρακτηριστικών κβαντομηχανικών ιδιοτήτων, όπως την αρχή της υπέρθεσης και της διεμπλοκής καταστάσεων για τον υπολογισμό και την επεξεργασία των δεδομένων. Η κβαντική μηχανική είναι θεωρία της φυσικής που αναπτύχθηκε, με σκοπό να περιγράψει την συμπεριφορά της ύλης στο ατομικό, μοριακό και υποατομικό επίπεδο, όπου η νευτώνεια μηχανική, αδυνατούσε να εξηγήσει.
Η χρήση της κβαντικής μηχανικής
Η θεωρία αυτή αναπτύχθηκε στις αρχές του 20ου αιώνα από πολλούς επιστήμονες με πιο γνωστούς τον Μαξ Πλανκ, τον Αϊνστάιν, τον Σρέντινγκερ και την Κιουρί. Ο Σρέντινγκερ μάλιστα για να εξηγήσει τον τρόπο λειτουργίας των σωματιδίων σε ένα κβαντικό σύστημα δημιούργησε ένα νοητό πείραμα, το «πείραμα» του Σρέντιγκερ.
Το βασικό χαρακτηριστικό της θεωρίας είναι ότι τα σωματίδια, μπορούν να βρίσκονται σε δύο ή περισσότερες καταστάσεις ταυτοχρόνως. Αυτό συμβαίνει καθώς τα σωματίδια λειτουργούν σαν κύματα, επομένως η μέτρησή τους γίνεται μέσω των πιθανοτήτων των παρατηρήσιμων ιδιοτήτων τους όπως η ενέργεια ή η θέση τους. Για παράδειγμα ένα κέρμα, μπορεί να έρθει κορώνα ή γράμματα. Όταν το πετάξουμε, όση ώρα γυρνάει, είναι και τα δύο ταυτόχρονα. Δηλαδή και κορώνα και γράμματα. Έτσι στην κβαντομηχανική δεν είναι κορώνα ή γράμματα αλλά πιθανότητα να είναι 30% κορώνα και 70% γράμματα.
Πώς λειτουργούν οι κβαντικοί υπολογιστές
Στους κλασικούς υπολογιστές μονάδα πληροφορίας είναι το bit. Ένα bit πληροφορίας μπορεί να πάρει μόνο δύο τιμές την «0» και την «1». Στους κβαντικούς υπολογιστές μονάδα πληροφορίας είναι το κβαντικό bit (quantum bit) το οποίο για συντομία γράφεται ως qubit. Επομένως το qubit δεν είναι «0» ή «1» αλλά μέχρι να το παρατηρήσουμε, είναι και «0» και «1». Επομένως, μπορούμε να πάρουμε πολλά διαφορετικά αποτελέσματα ταυτόχρονα.
Ένα qubit, για παράδειγμα μπορεί να αναπαραστήσει το «0» και «1» και οποιαδήποτε υπέρθεση αυτών, δηλαδή οποιονδήποτε συνδυασμό τους. Δύο qubits, μπορούν να αναπαραστήσουν την υπέρθεση τεσσάρων δυνατών καταστάσεων και τρία qubits, οκτώ καταστάσεων. Αυξάνεται δηλαδή εκθετικά η υπολογιστική δυνατότητα. Αυτές οι ιδιότητες της κβαντομηχανικής, κάνουν τους κβαντικούς υπολογιστές να έχουν απείρως μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ. Έτσι μπορούν να επεξεργάζονται πολύ περισσότερες πληροφορίες.
Για να μπορέσουν, οι επιστήμονες, να πάρουν το αποτέλεσμα που θέλουν, αφήνοντας έκτος όλα τα άλλα πιθανά αποτελέσματα, έφτιαξαν ειδικούς αλγορίθμους. Επομένως, οι κβαντικοί υπολογιστές, υπερτερούν σε σχέση με τους κλασικούς υπολογιστές ως προς την ταχύτητα, την μνήμη και την δυνατότητα επίλυσης ορισμένων «υπολογιστικά δύσκολων» προβλημάτων. Παρόλα αυτά δεν είναι κατάλληλοι για όλες τις υπολογιστικές διεργασίες. Γι’ αυτό είναι πιθανόν να χρησιμοποιούνται στο μέλλον μόνο από εταιρίες και οργανισμούς, όπου θα αξιοποιούνται για ερευνητικούς σκοπούς και για την προστασία απόρρητων προσωπικών δεδομένων.
Η κβαντική υπεροχή
Μέχρι σήμερα, οι κβαντικοί υπολογιστές βρίσκονται στα σπάργανα, πολλές εταιρίες και ερευνητικά κέντρα προσπαθούν να φτιάξουν τον δικό τους κβαντικό υπολογιστή. Στόχος τους είναι, να πραγματοποιηθεί, η κβαντική υπεροχή. Δηλαδή ο κβαντικός υπολογιστής να είναι σε θέση να πραγματοποιήσει υπολογισμούς πέρα των δυνατοτήτων των σημερινών κλασικών υπερυπολογιστών.
Στις 20 Σεπτεμβρίου, οι Financial Times, έφεραν στη δημοσιότητα ένα επιστημονικό άρθρο (paper), που είχε δημοσιευτεί από ερευνητές της Google, στον ιστότοπο της NASA. Ανέφερε ότι πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά η κβαντική υπεροχή. Συγκεκριμένα, δημιούργησαν ένα κβαντικό υπολογιστή, οποίος ήταν σε θέση να πραγματοποιεί μέσα σε τρία λεπτά και 20 δευτερόλεπτα, έναν υπολογισμό για τον οποίο ο σημερινός υπερυπολογιστής Summit θα χρειαζόταν 10.000 χρόνια. Το paper αυτό μετά από λίγο «κατέβηκε» από το site και η Google δεν έχει προβεί σε περαιτέρω σχόλια.
Είναι φανερό ότι οι κβαντικοί υπολογιστές αργά ή γρήγορα θα αποτελέσουν ένα εργαλείο για την εκτόξευση της υπολογιστικής ισχύς του ανθρώπου, μένει να δούμε το πότε θα εδραιωθούν και το πώς θα χρησιμοποιηθούν.
