Gea

Na poti do kvantne prevlade

Uporaba na področju umetne inteligence, za reševanje optimizacijskih problemov, pa v fiziki materialov in kemiji

Tekst: dr. Rok Žitko 

slika
V medijih je nedavno odmeval uspeh kitajskih in avstrijskih raziskovalnih skupin, ki so preko kitajskega »kvantnega« komunikacijskega satelita Micius uspešno izmenjali šifrirni ključ med Xinglongom in Gradcem, ki sta med seboj oddaljena 7600 kilometrov.
Foto: Shutterstock

Kvantno računalništvo je veda o izkoriščanju kvantnih pojavov iz mikroskopskega sveta za pospešitev nekaterih računskih postopkov ter veda o izdelavi naprav za izvajanje teh algoritmov. Gre za področje, ki počasi prehaja iz obdobja razvoja osnovnih konceptov k prvim delujočim računskim strojem, ki pa resda še niso zelo zmogljivi. Močno se opira na kvantno komuniciranje, vedo o uporabi kvantnih učinkov za prenos podatkov, kar  razširja še na njihovo obdelavo.

Kvantna teorija zelo natančno opisuje osnovne gradnike sveta, njihove lastnosti in medsebojno vplivanje. Nujna je, denimo, za pravilen opis zgradbe atomov iz jedra in elektronov, sestave molekul iz atomov ter tvorbe kristalov. Za znanstveno obravnavo večjih kosov snovi pa lahko kot odličen približek običajno uporabimo klasično fiziko, torej mehaniko, kot so jo poznali proti koncu devetnajstega stoletja, in Maxwellovo teorijo elektromagnetnega polja. To velja med drugim tudi za opis delovanja tranzistorjev, iz katerih so sestavljeni današnji računalniki, zato v zvezi z njimi govorimo tudi o »klasičnem računalništvu«. Včasih pa kvantni pojavi postanejo opazni celo v makroskopskih kosih snovi. To velja na primer za superprevodnost, kvantni pojav, zaradi katerega lahko postane snov pri nizkih temperaturah idealen prevodnik brez vsakršnih izgub.

V kvantni teoriji velja za gibanje elektronov Heisenbergovo načelo nedoločenosti: ne moremo hkrati dobro določiti položaja delca in njegove hitrosti. Namesto s položajem in hitrostjo stanje delca zato opišemo z valovno funkcijo, ki podaja verjetnosti, kje v prostoru se lahko delec nahaja, časovni potek gibanja pa določa Schrödingerjeva valovna enačba. Velja načelo superpozicije: delec je lahko v več kvantnih stanjih hkrati, kar matematično zapišemo kot linearno kombinacijo dovoljenih osnovnih stanj. Poseben pomen v kvantni mehaniki ima postopek meritve, ki je nekakšen most med kvantnim in klasičnim svetom. V prvem namreč igrajo ključno vlogo verjetnosti, drugi pa je determinističen: rezultat meritve, ki jo z veliko napravo opravimo nad mikroskopskim sistemom, je točno določena vrednost, torej klasična informacija. Meritev »zmoti« kvantni sistem; rečemo tudi, da pride do »kolapsa valovne funkcije« v točno določeno kvantno stanje. S tem je tesno povezan izrek o prepovedi kloniranja kvantnega stanja, ki pravi, da kvantne informacije ni mogoče kopirati oziroma podvajati. V tem se ta seveda bistveno razlikuje od klasične informacije.

Več v aprilski Gei (2018)

  • Dodaj na Twitter
  • Dodaj na MySpace
  • Dodaj na Delicious

Mladinska knjiga Založba d.d.
Slovenska 29
1000 Ljubljana

E-naslov: info@mladinska.com
Telefon: 01 241 30 00

Postanimo prijatelji!

slika slika slika
  

(c) Mladinska knjiga, vse materialne pravice so last Mladinske knjige.