Kvantový počítač z 5 atómov otvára nové možnosti

Rozložiť číslo na prvočinitele je pomerne jednoduché, ak ide o dvoj-, alebo trojciferné čísla. Pri veľkých číslach však náročnosť tohto procesu enormne narastá, preto je vyhľadávanie obrovských prvočísel enormne náročné. Kým napríklad číslo 91 vieme rozložiť na prvočinitele (7×13) ľahko, pri 232 cifernom čísle proces potrvá dva roky aj pri nasadení množstva paralelne pracujúcich počítačov.

Keďže je rozklad na činitele (faktoring) taký náročný, stal sa súčasťou mnohých kryptovacích systémov na kódovanie platobných kariet a tajných informácií. Túto ochranu však môžu prelomiť kvantové počítače. Presnejšie povedané, postačí aj jediný kvantový počítač pracujúci paralelne so stovkami atómov.

Pozrite siKvantový počítač je bližšie. Vďaka kremíku

Peter Shor, profesor aplikovanej matematiky na MIT prišiel v roku 1994 na kvantový algoritmus, ktorý odhalí veľké prvočísla oveľa efektívnejšie než klasický počítač. Avšak úspech algoritmu stojí na počítači s veľkým počtom kvantových bitov. Doteraz sa mnohí pokúšali realizovať Shorov algoritmus v rôznych kvantových systémov, ale žiadny z nich nebol schopný pracovať s viac ako niekoľkými kvantovými bitmi škálovateľným spôsobom.

Teraz však výskumníci z MIT a rakúskej Univerzity v Innsbrucku zverejnili v časopise Science, že bol navrhnutý a postavený kvantový počítač z piatich atómov v iónovej pasci. Počítač používa laserové pulzy na vykonávanie Shorovho algoritmu na každom atóme, aby správne rozložil číslo 15. Systém je navrhnutý tak, že viac atómov a laserov môže vytvoriť väčší a rýchlejší kvantový počítač, ktorý je schopný aplikovať faktoring na omnoho väčšie čísla.

Vedci tvrdia, že ide o prvú škálovateľnú implementáciu Shorovho algoritmu. Je ešte treba vykonať kus práce, kým sa takto podarí stvoriť skutočný kvantový počítač, ale vedci sú optimisti. Problém už nestojí na riešení základných fyzikálnych otázok, ale „len“ na inžinieroch, vyvíjajúcich kvantové počítače.

Quibit2
ZDROJ | MIT

Kvantový počítač pracuje na rozdiel od bežných počítačoch spracúvajúcich bity s hodnotou „0“ a „1“, s quibitmi, ktoré môžu nadobúdať superpozíciu, stav „0“, aj „1“ súčasne, aj čosi medzi nimi .

Profesor fyziky a počítačovej vedy z Isaac Chuang MIT s kolektívom vedcov vyvinuli nový škálovateľný kvantový systém pre efektívny rozklad čísla. Rozklad čísla 15 bežne vyžaduje 12 qubitov, no vedci našli spôsob, ako systém zredukovať na 5 qubitov, z ktorých každý obsahuje jeden atóm. Každý atóm môže zotrvávať v superpozícii dvoch rôznych energetických stavov súčasne.

Pomocou laserových pulzov vytvárajú „logické hradlá“, alebo zložky Shorovho algoritmu na štyroch z piatich atómov. Výsledky sa potom uložia a odovzdávajú na piatom atóme. Takto sa vykonáva Shorov algoritmus paralelne s menším počtom qubitov, než je bežné.

Kvantový systém sa podarilo udržať stabilným tak, že drží atómy v iónovej pasci, kde sa odstráni z každého atómu elektrón, a tým ho zmení na elektricky nabitý ión. Ióny sa potom dajú fixovať elektrickým poľom. Mark Ritter, senior manažér fyzikálnych vied v spoločnosti IBM hovorí, že nová metóda recyklácie qubitov znižuje potrebné zdroje v systéme na tretinu, čo je významný, aj keď zatiaľ malý krok k zvyšovaniu úrovne kvantovej výpočtovej techniky. V každom prípade sa otvára cesta pre skutočné kvantové počítače.

Pozrite siGoogle tvrdí, že kvantový počítač je 100-miliónkrát rýchlejší

„Zlepšenie súčasnej špičky činiteľom 3 je dobré,“ hovorí Ritter. „Ale skutočne škálovateľný systém vyžaduje niekoľko rádov qubitov, a tieto qubity sa musia pohybovať okolo vyspelých pascí s mnohými tisíckami súbežných ovládacích laserových pulzov.“

Budúcim dôsledkom takýchto počítačov môže byť prelomenie kódovania založeného na rozklade čísel, ale zaujímavé môžu byť skôr prínosy v oblasti vedeckého výskumu – napríklad v oblasti fyziky elementárnych častíc, alebo v astronómii.

ZdrojMIT News


Komentáre k článku