Οι κβαντικές μνήμες θα μιμούνται τις δικές μας

Από σελίδα του Nature 6-Αυγούστου-2001

Οι κβαντικές μνήμες των υπολογιστών θα είναι όπως ο εγκέφαλος μας. Σύμφωνα με τον Carlo Trugenberger του InfoCodex στη Γενεύη, οι μηχανικοί των κβαντικών υπολογιστών θα πρέπει να σχεδιάσουν τις μνήμες όπως είναι οι δικές μας, που αποθηκεύουν τις πληροφορίες ως μορφές (patterns), και δεν τοποθετούν κάθε στοιχείο στο δικό του κουτάκι με ετικέτα, όπως γίνεται στους συμβατικούς υπολογιστές.

Ο κβαντικός υπολογισμός (quantum computation) έχει πολύ έδαφος να καλύψει πριν ν' αρχίσουμε να φτιάχνουμε τις τράπεζες μνήμης του. Αλλά θεωρητικά θα χρησιμοποιήσει τις ιδιαιτερότητες της κβαντικής φυσικής, στην οποία τα κβαντικά αντικείμενα (σωματίδια, φωτόνια) μπορούν να υπάρξουν ταυτόχρονα σε δύο καταστάσεις, για να ωθήσει την επεξεργαστική ισχύ των υπολογιστών σ' επίπεδα πολλές φορές υψηλότερα από τα τρέχοντα επίπεδα του.

Οι ερευνητές αγωνίζονται ακόμα να βρουν τρόπους να φυλάξουν πολλά κβαντικά κομμάτια των πληροφοριών (qubits) ταυτόχρονα σε αυτές τις υπερθέσεις διάφορων καταστάσεων, χωρίς αυτά να χάνουν την αμοιβαία εξάρτησή τους. Από αυτή την εξάρτηση - που αποκαλείται πεπλεγμένη ή συσχετισμένη (entangled) - αναδεικνύεται και ανακτάται η πληροφορία. Τα πεπλεγμένα σωματίδια λέμε πως είναι "σύμφωνα"(coherent) και εννοούμε μ' αυτό ότι συνδέονται κατά κάποιο τρόπο έστω και αν βρίσκονται πολύ μακριά μεταξύ τους.

Οι ερευνητές έχουν κατορθώσει μέχρι τώρα να διατηρήσουν μόνο δύο ή τρία σωματίδια σε πεπλεγμένες καταστάσεις, παρά τις εκατοντάδες ή τις χιλιάδες που απαιτούνται για τον κβαντικό υπολογισμό. Όπως παρόμοιες μελέτες, η εργασία του Trugenberger δείχνει ότι, στην ανάπτυξη των κβαντικών συσκευών πληροφοριών, είναι σημαντικό να εξεταστούν νέες προσεγγίσεις, παρά να προσπαθήσουμε να αναπαραχθεί το υπάρχον υλικό υπολογιστών (hardware) με τις κβαντικές βελτιώσεις.

Οι σημερινές μνήμες τυχαίας προσπέλασης (RAMs) βάζουν τα κομμάτια των πληροφοριών σε θέσεις με συγκεκριμένες διευθύνσεις για να ανακτηθούν αργότερα. Όπως στην ταχυδρομική υπηρεσία, η διεύθυνση πρέπει να είναι πλήρης - ειδάλλως, οι πληροφορίες δεν μπορούν να βρεθούν. Για να ανακάλεσετε τις πληροφορίες, πρέπει επίσης να ξέρετε ακριβώς τι ψάχνετε.

Οι εγκέφαλοί μας, αφ' ετέρου, μπορούν να λειτουργήσουν με ελλιπείς πληροφορίες. Μπορούμε να αναγνωρίσουμε ένα πρόσωπο ακόμα κι αν κρύβεται εν μέρει ή βρίσκεται μπερδεμένο σε μια παλαιά φωτογραφία.

Μερικά συγκροτήματα ηλεκτρονικών υπολογιστών έχουν "συσχετιζόμενες" μνήμες όπως ο εγκέφαλός μας, ειδικότερα τα κυκλώματα γνωστά ως νευρωνικά δίκτυα, τα οποία υπερέχουν στην αναγνώριση μορφών. Αλλά αυτά τα τεχνητά δίκτυα δεν μπορούν να αποθηκεύσουν πολλές μορφές. Χοντρικά, ένα δίκτυο μπορεί να ανακτήσει αξιόπιστα μόνο τόσες ευδιάκριτες μορφές όσα στοιχεία μνήμης έχει. Ο αριθμός όμως των διαφορετικών τρόπων που που μπορούν να συνδυαστούν αυτά τα πολλά δυαδικά στοιχεία μνήμης (on/off) είναι τρομερά μεγαλύτερος.

Οι κβαντικές μνήμες, προτείνει ο Trugenbergerθα θα μπορούσαν να είναι συσχετιζόμενες, ενώ θα έχουν πρόσβαση στην πλήρη δυναμικότητα αποθήκευσης της συλλογής των στοιχείων μνήμης. Ο Trugenberger δείχνει ότι, ακόμα κι αν η εισαγωγή σε μια τέτοια συσκευή έχει θόρυβο ή είναι ελλιπής, η πιθανότερη έξοδος είναι αυτή που περισσότερο μοιάζει με την είσοδο.

Μερικοί επιστήμονες έχουν προτείνει ότι η παράξενη δυνατότητα του εγκεφάλου να ανακαλεί μορφές όπως τα πρόσωπα και τις σκηνές, υπονοεί ότι είναι ήδη ένα είδος κβαντικού υπολογιστή. Η πρόταση του Trugenberger που λέει πιθανώς λίγα για αυτό - βασίζεται στο να είναι σε θέση να κρατηθούν όλα τα στοιχεία του αποθηκευμένου σχεδίου στον υπολογιστή (pattern) σε μια πεπλεγμένη υπέρθεση καταστάσεων. Είναι μάλλον απίθανο ότι κάτι τέτοιο αρκεί για να περιγράψει το θερμό, ακατάστατο περιβάλλον του πραγματικού εγκεφάλου.