Η αξιοποίηση των μοναδικών χαρακτηριστικών του κβαντικού κόσμου υπόσχεται μια δραματική επιτάχυνση στην επεξεργασία των πληροφοριών σε σχέση με τις πιο γρήγορες κλασσικές μηχανές που υπάρχουν. Επιστήμονες της ομάδας του Philip Walther από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Βιέννης κατάφεραν να φτιάξουν ένα πρωτότυπο μοντέλο κβαντικού υπολογιστή, εξαιρετικά αποδοτικό στην αξιοποίηση πόρων, τον υπολογιστή δειγματοληψίας μποζονίων.
Τα αποτελέσματα θα δημοσιευθούν στο επόμενο τεύχος του επιστημονικού περιοδικού Nature Photonics.
Οι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν με το χειρισμό κβαντικών αντικειμένων, όπως, για παράδειγμα, τα μεμονωμένα φωτόνια, τα ηλεκτρόνια, ή τα άτομα, και με την αξιοποίηση των μοναδικών κβαντικών χαρακτηριστικών. Οι κβαντικοί υπολογιστές δεν υπόσχονται μόνο μια δραματική αύξηση στην ταχύτητα σε σχέση με τους κλασικούς υπολογιστές σε μια ποικιλία υπολογιστικών εργασιών, αλλά έχουν σχεδιαστεί για την ολοκλήρωση εργασιών που ακόμη και ένας υπερυπολογιστής δεν θα μπορούσε να χειριστεί. Παρά το γεγονός ότι τα τελευταία χρόνια υπάρχει μια ταχεία ανάπτυξη στην κβαντική τεχνολογία, η υλοποίηση ενός πλήρους κβαντικού υπολογιστή εξακολουθεί να έχει δυσκολίες. Αν και εξακολουθεί να είναι ένα συναρπαστικό ανοιχτό ερώτημα το ποια αρχιτεκτονική και ποια κβαντικά αντικείμενα θα οδηγήσουν τελικά στην υπέρβαση σε απόδοση των συμβατικών υπερυπολογιστών, τα τρέχοντα πειράματα δείχνουν ότι ορισμένα κβαντικά αντικείμενα είναι πιο κατάλληλα από άλλα για συγκεκριμένες υπολογιστικές εργασίες.
Η υπολογιστική δύναμη των φωτονίων
Το μεγάλο πλεονέκτημα των φωτονίων, ένα ιδιαίτερο είδος από τα μποζόνια, έγκειται στην υψηλή κινητικότητα. Η ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Βιέννης, σε συνεργασία με επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Jena (Γερμανία), υλοποίησε πρόσφατα ένα υπολογιστή δειγματοληψίας μποζονίου, ο οποίος χρησιμοποιεί ακριβώς αυτό το χαρακτηριστικό των φωτονίων. Εισήγαγαν φωτόνια σε ένα σύνθετο δίκτυο οπτικών ινών, όπου θα μπορούσαν να διαδίδονται κατά μήκος τους από πολλά διαφορετικά μονοπάτια. «Σύμφωνα με τους νόμους της κβαντικής φυσικής, τα φωτόνια φαίνεται να λαμβάνουν όλες τις πιθανές διαδρομές, ταυτόχρονα. Αυτό είναι γνωστό ως υπέρθεση. Περιέργως, κάποιος μπορεί να καταγράψει το αποτέλεσμα του υπολογισμού χοντρικά, καθώς μπορεί να μετρήσει πόσα φωτόνια βγαίνουν σε κάθε έξοδο του δικτύου», εξηγεί ο Philip Walther από το Τμήμα Φυσικής.
Πώς μπορεί αυτό να νικήσει έναν υπερυπολογιστή;
Ένας κλασικός υπολογιστής στηρίζεται σε μια ακριβή περιγραφή του οπτικού δικτύου για τον υπολογισμό της διάδοσης των φωτονίων μέσα από αυτό το κύκλωμα. Για μερικές δεκάδες φωτόνια ενός οπτικού δικτύου με μόνο εκατό εισόδους και εξόδους, ακόμα και ο ταχύτερος σήμερα κλασικός υπερυπολογιστής δεν είναι σε θέση να υπολογίσει τη διάδοση των φωτονίων. Ωστόσο, για έναν υπολογιστή δειγματοληψίας μποζονιων, αυτός ο φιλόδοξος στόχος είναι εφικτός. Οι ερευνητές ανταποκρίθηκαν στην πρόκληση και έχτισαν ένα πρωτότυπο με βάση μια θεωρητική πρόταση από τους επιστήμονες στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT). «Είναι ζωτικής σημασίας να ελέγχουμε τη λειτουργία του υπολογιστή δειγματοληψίας μποζονίων, συγκρίνοντας τα αποτελέσματα με τις προβλέψεις της κβαντικής φυσικής. Ειρωνικά, η δοκιμή αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο σε ένα κλασικό υπολογιστή. Ευτυχώς, για αρκετά μικρά συστήματα, οι κλασικοί υπολογιστές εξακολουθούν να είναι σε θέση να τα καταφέρουν», όπως ο Max Tillmann, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης, επισημαίνει. Έτσι, οι ερευνητές με επιτυχία έδειξαν ότι η υλοποίηση του υπολογιστή δειγματοληψίας μποζονίου λειτουργεί με μεγάλη ακρίβεια. Τα ενθαρρυντικά αυτά αποτελέσματα μπορεί να ανοίξουν το δρόμο για τον πρώτο υπεραποδοτικό υπολογιστή στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον.
Πηγές: www.sciencedaily.com
