DNA, alebo atómové pamäte namiesto harddisku?

O kvantových počítačoch sa píše dosť často, ale je to fenomén, trochu podobný snežnému mužovi – viac sa o ňom hovorí, než reálne vidí. Mnohí odborníci tvrdia, že súčasné produkty označované za kvantové počítače, nie sú skutočne plnohodnotnými kvantovými počítačmi.

Pozrite siRekordný kvantový čip prinesie extrémne rýchle superpočítače

Vývoj ale ide dopredu. Výskumníci z Google očakávajú príchod komerčných kvantových počítačov do piatich rokov a do konca tohto roka chcú postaviť a otestovať 49-qubitový kvantový počítač. Podľa niektorých odborníkov by pritom 50-qubitový kvantový stroj prekonal akýkoľvek súčasný superpočítač.

ZDROJ | D-Wave

Je tu ale jeden „drobný“ problém a tým je ukladanie kvantových dát. V kvantovej fyzike platia iné zákonitosti, než s akými sme zvyknutí pracovať. Práca s qubitmi, ktorá umožní kvantovým počítačom dosiahnuť obrovský výkon je zároveň aj ich prekliatím. Kvantové stavy sa totiž z princípu nedajú kopírovať, alebo replikovať.

Tento takzvaný neklonovací teorém je jedným z vážnych problémov pri vývoji pamätí pre kvantové počítače.

Pozrite siPamäte na báze DNA majú nevídané možnosti

Vedci však hľadajú cesty, ako túto prekážku obísť. Takouto možnosťou je previesť kvantové dáta do bežnej binárnej formy v podobe „0“ a „1“, ktoré by sa následne dali ukladať na konvenčné médiá, napríklad na harddisky. Aj takáto metóda však má svoje úskalia.

Podľa portálu WIRED totiž každý dátový súbor zo 49 qubitového počítača dosahuje veľkosť „40 000 videí“. Súčasné harddisky teda nemajú dostatočnú kapacitu, takže by bolo potrebné vybudovať obrovské diskové polia. Pre kvantové počítače preto bude potrebné vybudovať nové pamäťové jednotky s vyššou hustotou záznamu.

Superkompaktné harddisky by mohli vzniknúť na báze DNA, alebo na báze záznamu informácie do jednotlivých atómov.

Po vzore prírody

DNA (deoxyribonukleová kyselina) je nosičom informácií o genofonde vo všetkých živých organizmoch a ukazuje sa, že príroda je veľký majster. Podľa vedcov z Harvardskej univerzity totiž DNA dokáže v jednom mm3 uchovať až 687,5 TB dát, čo je ekvivalent asi 146 tisíc DVD.

Pozrite siAj Microsoft vyvíja pamäte na báze DNA

Začiatkom marca vedci v magazíne Science publikovali výsledky výskumu, v rámci ktorého vyvinuli metódu schopnú uložiť do 1 gramu DNA 215 petabytov, alebo 215 milión gigabytov informácie. Veľká záznamová hustota DNA je možná aj vďaka trojrozmernej záznamovej štruktúre. Naproti tomu bežné HDD používajú zápis v 2D priestore na ploche platní.

ZDROJ | IEEE SPECTRUM

Ďalšou výhodou DNA je trvanlivosť záznamu. Ako vieme z archeológie, DNA v kostrách dokáže uchovať vo vhodných podmienkach informáciu aj tisíce rokov. To sa nedá povedať napríklad o napaľovaných optických diskoch CD-ROM, alebo DVD-ROM.

Až na hranice mikrosveta

Pri špekuláciách o perspektívach platnosti Mooreovho zákona sa často zamýšľame, kam až môže hustota integrácie digitálnych čipov dosiahnuť. Niektorí experti sa domnievajú, že pôjdeme až na úroveň samotných atómov.

Práve na princípe kódovania bitov do jednotlivých atómov pracujú super-kompaktné pamäťové technológie, ktoré by mohli byť inou alternatívou pamätí pre kvantové počítače.

IBM
ZDROJ | IBM Research

Vedci z IBM nedávno zverejnili správu, že sa im podarilo zapísať informáciu do jednotlivých atómov a následne ju čítať. Atómy holmia uložené na čipe používajú elektronický obvod na ovládanie svojho vlastného magnetického poľa. Bolo možné ovládať nezávisle jednotlivé atómy, ak boli od seba vzdialené len niekoľko nanometrov.

Do každého atómu je takto možné zakódovať jeden bit informácie. To je zatiaľ najvyššia predstaviteľná záznamová hustota. Komerčné pevné disky ukladajú 1 bit do oblasti zloženej rádovo zo 100 000 atómov a DNA na to potrebuje asi 30 atómov.

Technológie budúcnosti

Obe tieto metódy sú však roky vzdialené od komerčnej využiteľnosti, takže sa na smartfóny s rozprávkovo veľkou pamäťou netešme predčasne. Rovnako to platí aj o samotných kvantových počítačoch. Hoci sa Google chystá spustiť svoj 49-qubitový kvantový počítač, stále nie je jasné, ako budú kvantové počítače zálohovať svoje dáta.

ZDROJ | Microsoft

Uvedené perspektívne technológie pre veľkokapacitné pamäte zatiaľ nie sú dostatočne zrelé, aby sa s nimi dalo rátať v dohľadnej dobe. Syntéza DNA je drahá a čítanie dát trvá dlhú dobu. A ukladanie dát do jednotlivých atómov má tiež svoje úskalia.

Pozrite siKvantový počítač z 5 atómov otvára nové možnosti

Aby sa zapísané dáta zachovali neporušené, musí sa pamäťové médium nachádzať v prostredí s veľmi nízkou teplotou, blízko absolútnej nuly. Len tak sa dá zamedziť tepelnému kmitaniu atómov, ktoré by sa v opačnom prípade mohli dotýkať a navzájom si tak prepísať dáta.

A v neposlednej rade bude potrebné vyvinúť algoritmy, ktoré dokážu kvantovú informáciu komprimovať a konvertovať do binárnej sústavy a vytvoriť hardvér, na ktorom takáto transformácia pobeží dostatočnou rýchlosťou.

Ako vidno, na poli kvantových počítačov čaká ešte vývojárov nespočetné množstvo výziev. Ale zároveň je jasné, že riešenia sa pomaly začínajú rysovať a skôr, či neskôr budú k dispozícii.

ZdrojWIRED

Komentáre k článku