Ο κβαντικός υπολογιστής υπολογίζει, χωρίς να τρέξει!

Πηγή: Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις, 23 Φεβρουαρίου 2006

Ο Paul Kwiat καθηγητής στην Επιστήμη των Υπολογιστών και στη Φυσική στο Ιλλινόις μαζί με τον μεταπτυχιακό σπουδαστή Onur Hosten χρησιμοποίησαν έναν κβαντικό υπολογιστή βασισμένο στην οπτική, για να παρουσιάσουν την πρώτη επίδειξη του "αντίθετου υπολογισμού", παίρνοντας πληροφορίες μιας ερώτησης ακόμα κι αν ο υπολογιστής δεν έτρεχε.

Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τη δυνατότητα να λύσουν ορισμένους τύπους προβλημάτων πολύ γρηγορότερα από τους κλασσικούς υπολογιστές. Η ταχύτητα και η αποδοτικότητα κερδίζονται επειδή τα κβαντικά μπιτς μπορούν να τοποθετηθούν σε υπερθέσεις του 1 και του 0, σε αντιδιαστολή με τα κλασσικά μπιτς, τα οποία είναι είτε 1 είτε 0. Επιπλέον, η λογική πίσω από την φύση της κβαντικής πληροφορίας (την συνοχή) συχνά παρεκκλίνει από τη λογική σκέψη, οδηγώντας σε μερικά εκπληκτικά αποτελέσματα.

"Φαίνεται απολύτως παράξενο που ο 'αντίθετος' υπολογισμός -- που χρησιμοποιεί πληροφορίες με αντίθετο τρόπο προς αυτό που πρέπει να συμβεί  -- μπορούσε να βρει μια απάντηση χωρίς να τρέχει ολόκληρος ο κβαντικός υπολογιστής", λέει ο Kwiat. "Αλλά η φύση της κβαντικής ερώτησης καθιστά πιθανό αυτόν τον καταπληκτικό άθλο".

Η κβαντική ερώτηση, που μερικές φορές λέγεται μέτρηση χωρίς αλληλεπίδραση, είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί τη δυαδικότητα του κύματος και του σωματιδίου (σε αυτήν την περίπτωση, των φωτονίων) για να ψάξει μια περιοχή του χώρου χωρίς πραγματικά να μπει σε αυτή την περιοχή του χώρου.

Η ομάδα αυτή χρησιμοποίησε δύο συνδεδεμένα οπτικά συμβολόμετρα, που τοποθετήθηκαν μέσα σε ένα τρίτο και πέτυχε με αντίθετο τρόπο να ψάξει μια βάση δεδομένων τεσσάρων στοιχείων χρησιμοποιώντας τον κβαντικό αλγόριθμο αναζήτησης Grover. "Τοποθετώντας το φωτόνιο σε μια κβαντική υπέρθεση να τρέχει και να μη τρέχει τον αλγόριθμο αναζήτησης, λάβαμε τις πληροφορίες για την απάντηση ακόμα και όταν δεν έτρεξε το φωτόνιο τον αλγόριθμο της αναζήτησης", εξηγούν οι επιστήμονες. "Επιδείξαμε επίσης θεωρητικά πώς να λάβουμε την απάντηση χωρίς ποτέ να τρέξουμε τον αλγόριθμο.

Μέσω ενός έξυπνου τρόπου διαχωρισμού των ακτίνων και την εποικοδομητική και καταστρεπτική συμβολή, οι ερευνητές μπορούν να βάλουν κάθε φωτόνιο σε μια υπέρθεση λήψης δύο πορειών ταυτόχρονα. Αν και ένα φωτόνιο μπορεί να καταλάβει πολλαπλάσιες θέσεις ταυτόχρονα, το φωτόνιο στην πραγματικότητα μπορεί να κάνει μια εμφάνιση μόνο σε μια θέση. Η παρουσία του καθορίζει την πορεία του, και αυτό μπορεί, με έναν πολύ παράξενο τρόπο, να αρνηθεί την ανάγκη να τρέξει τον αλγόριθμο της αναζήτησης.

Ενώ ο οπτικός κβαντικός υπολογιστής των ερευνητών δεν μπορεί να μεγαλώσει, η χρησιμοποίηση αυτών των τεχνικών της ερώτησης μπορεί να μειώσει τα λάθη στον κβαντικό υπολογισμό", αναφέρει ο Kwiat. "Οτιδήποτε που μπορείτε να κάνετε για να μειώσετε τα λάθη το πιθανότερο τελικά θα είναι να πάρετε έναν μεγάλης κλίμακας κβαντικό υπολογιστή."

Αυτή η κατασκευή θα μπορούσε να έχει ένα πλεονέκτημα πάνω από τον απλό κβαντικό υπολογισμό. Ένας υπολογιστής που δεν έχει λογισμικό κάνει και λιγότερα λάθη, λέει ο Hosten.

Οι ερευνητές εκθέτουν την εργασία τους στο περιοδικό Nature