E-učionica za učenje fizike

Arhiva za kategoriju ‘Kvantni kompjuteri’

Kvantni kompjuteri

Ideja o nastanku kvantnih kompjutera prvi put se pojavila 70-ih godina prošlog veka. Ideja realizacije kvantntnih kompjutera oslanja se zapravo na znanje iz kvantne fizike.

D-Wave_300

Kvantni kompjuter D-wave  slika: http://www.newscientist.com

Kvantni bitovi – takozvani kubitovi rade na principima kvantnih osobina atoma ili jezgara i zajedno čine mikroprocesor i memoriju (jedan bit je danas moguće spakovati u 12 atoma). Prilikom međusobnih interakcija i dok su izdvojeni od eksternog okruženja, kubitovi mogu da odrade određene kalkulacije eksponencijalno brže od konvencionalnih kompjutera.

Kubitovi se ne oslanjaju na tradicionalnu binarnu prirodu kompjutera. Dok tradicionalni kompjuteri kodiraju informacije u bitove koristeći binarne brojeve 0 ili 1 i mogu da vrše izračunavanje samo na jednom setu brojeva odjednom, kvantni kompjuteri kodiraju informacije kao seriju kvantno-mehaničkih stanja. Kvantno mehaničko stanje može da se odnosi na smer spina elektrona ili polarizacionu orjentaciju fotona. Ta stanja mogu da se „ponašaju“ kao: 1 ili 0 ili kao kombinacija 1 i 0 ili kao stanje koje je „negde između“ 1 i 0 ili čak kao superpozicija različitih brojeva odjednom.

Upravo takva osnova za rad omogućava da kvantni kompjuter može da uradi proizvoljan proračun na više brojeva istovremeno, što binarni sistem ne može da uradi. Pored toga, za kvantni kompjuter je moguće da izazove interferenciju između različitih brojeva. Koristeći samo jednu procesnu jedinicu, kvantni računar može da obavlja prirodno bezbroj operacija paralelno.

Kvantni kompjuteri nisu pogodni za zadatke kao što je obrada teksta i e-mail ali su idealni za zadatke kao što su: kriptografija (zaštita podataka od krađe), modeliranje i indeksiranje velikih baza podataka.

tabela_KK-2

Tabela: poređenje između konvencionalnih i kvantnih kompjutera

Pojmovi i veze koje treba razumeti

Kvantna fizika je fizika sveta čije su dimenzije reda veličine dimenzija prečnika atoma i manjim. U svetu atoma, elektrona, protna, neutrona, fotona i ostalih elementarnih delova materije dominiraju zakoni kvantne fizike. Zapravo ako zamislite sebe da sedite na jednom elektronu i posmatrate svet oko sebe sve ono što je tako skriveno i nevidljivo iz našeg klasičnog ugla gledanja postalo bi kristalno jasno od zakona kvantne mehanike do Ajnštajnove teorije relativnosti…Sve prosto funkcioniše drugačije od onog što ste ikada učili iz klasične fizike. Zato je razvoj kvantne fizike ekvivalentan ekstremnom razvoju ljudske svesti i svako novo otkriće apsolutno oduzima dah.

Spin elektrona sa stanovišta kvantne fizike – kvantne vrednosti smera elektronskog spina nemaju samo 2 vrednosti ½ i -½ već mogu da imaju bilo koju vrednost u slučaju slabog kvantnog merenja. Zapravo spin elektrona u kvantnoj mehanici  predstavlja rezultat merenja u kome se elektron propušta kroz izrazito slabo magnetno polje. Upravo to je iskorišćeno kod kvantnih kompjutera jer kvantno mehaničko stanje koje se odnosi na smer spina elektrona može da se „ponaša“ kao: 1 ili 0 ili kao kombinacija 1 i 0 ili kao stanje koje je „negde između“ 1 i 0 ili čak kao superpozicija različitih brojeva odjednom.

Foton je čestica svetlosti. Nema masu i kreće se brzinom svetlosti. Čestice mogu da se ponašaju i kao talasi.

Svetlost  ima dvojnu prirodu: može da se ponaša i kao talas i kao čestica. Koja priroda svetlosti će doći do izražaja zavisi od energije, talasne dužine ili frekfencije.

Interferencija je dokaz talasne prirode svetlosti pa se u skladu sa tim može razumeti kako kvantni kompjuter može da izazove interferenciju između različitih brojeva, jer se brojevi predstavljaju kvantnim stanjem – polarizacionom orjentacijom fotona.

Polarizaciona orjentacija fotona  predstavlja rezultat merenja u kome se foton šalje ka polarizatoru pri čemu ispoljava svoje kvantno-mehaničko ponašanje. Slično kao i kod spina sa stanovišta kvantne mehanike rezultat merenja može biti „bilo koja vrednost“ . To je takođe iskorišćeno kod kvantnih kompjutera tako što kvantno mehaničko stanje polarizacione orjentacije fotona može da se „ponaša“ kao: 1 ili 0 ili kao kombinacija 1 i 0 ili kao stanje koje je „negde izmađu“ 1 i 0 ili čak kao superpozicija različitih brojeva odjednom.

Kubit je najmanja jedinica informacije u kvantnom računarstvu. Kubit sadrži eksponencijalno veću količinu informacija od tradicionalnih bitova.

Kriptografija je način zaštite informacija njihovim pretvaranjem u nečitljiv format. Samo onaj ko poseduje tajni ključ može da dekriptuje podatke i prebaci ih u čitljiv tekst. Kriptovana informacija može biti „probijena“ u nekim situacijama primenom kriptoanalize iako se smatra da su tehnike moderne kriptografije virtuelno neprobojne. Kriptografija se koristi u zaštiti e-mail poruke, kreditnih kartica i poslovnih podataka.

Predstavljanje prvog kvantnog kompjutera na svetu

 

D-Wave kvantni kompjuter

 

izvori:
http://www.webopedia.com/TERM/Q/quantum_computing.html
http://www.physics.metu.edu.tr/~sturgut/p507/pol.pdf
http://www.newscientist.com/article/dn24882-googles-quantum-computer-flunks-landmark-speed-test.html#.UzHOhqhdWSo
http://www.newscientist.com/article/dn23519-commercial-quantum-computer-leaves-pc-in-the-dust.html#.UzHRbKhdWSo

Nataša Ćurčić, „Slabe vrednosti elektronskog spina u kvantnoj teleologiji“, diplomski rad, 1999

 

Advertisements

Oblak oznaka

%d bloggers like this: