Czy komputery kwantowe to przyszłość techniki?

Standardowe procesory od lat zbliżają się do limitu prędkości i zbliżyć się nie mogą, ale już dziś poszukuje się rozwiązań, które popchną przetwarzanie danych na nowe, szybsze tory. Wielkie nadzieje na to daje wykorzystanie takich technologii jak komputery kwantowe.

Regularne podkręcanie mocy komputerów wiąże się z jednej strony z postępującą miniaturyzacją, a z drugiej strony z większym poborem prądu. W obu przypadkach pojawią się w końcu bariery związane z wielkością ścieżek układów scalonych oraz z superkomputerami, które ciągną tyle energii, co małe miasteczko. Komputery kwantowe mogą pomóc ominąć te przeszkody w bardzo sprytny sposób. Działanie klasycznych procesorów opiera się na operacjach na bitach, czyli porcjach informacji. Bit ma wartość 1 albo 0. Ale dopiero miliardy bitów przerabianych na sekundę pozwalają na bardzo zaawansowane działania matematyczne. A co by się stało, gdyby bit potrafił „być” i jedynką i zerem i każdą liczbą pomiędzy nimi jednocześnie? Taka możliwość z pewnością wymyka się umysłom przyzwyczajonym do rzeczywistości w skali makro. A w mikroskopijnym świecie atomów, elektronów i fotonów takie rzeczy są zupełnie normalne.

Komputery kwantowe - jak to działa?

Na pewno kojarzycie z lekcji fizyki model atomu, który przypomina nieco układ planetarny – wokół jądra (słońca) krążą elektrony (planety). Tak naprawdę w tym malutkim świecie wszystko wygląda inaczej. Elektrony nie posiadają stałych orbit. Istnieje tylko pewne prawdopodobieństwo znalezienia ich w określonych miejscach. Zanim badacz powie: „sprawdzam” i złapie elektron w którymś punkcie przestrzeni, zasady mechaniki kwantowej przyjmują, że leci on we wszystkich możliwych kierunkach jednocześnie. Samo „spojrzenie” na elektron wywołuje utratę jego kwantowych właściwości. Zaczyna on wtedy grzecznie respektować reguły zdrowego rozsądku i porusza się tylko w jednym kierunku.

Największym więc problemem tych naukowców, którzy chcą zbudować komputery kwantowe, jest to, żeby ten stan, gdy przykładowy niesforny elektron czuje się swobodnie i frunie w wielu kierunkach na raz, zachować jak najdłużej, by móc się mu bezkarnie przyglądać. Tylko podczas takiego króciutkiego podglądania bez naruszania spokoju nieśmiałego elektronu można przeprowadzać obliczenia. Współcześnie naukowcy starają się zaprzęgnąć do pracy inne mikroskopijne cząstki – fotony, czyli kwanty światła (najmniejsze możliwe porcje energii świetlnej). Podejmowane są rozmaite próby, które polegają albo na doskonałym odizolowaniu procesora kwantowego od otoczenia (np. w diamencie), albo na łapaniu fotonów w wyrafinowane pułapki.