2008-02-18

Computere cuantice - obstacole şi cercetare (III)

Computere cuantice - obstacole şi cercetare (III)
Sursa: Digital World
Aceasta este partea a treia din seria "Computere cuantice şi qubiti", pe care am început-o cu O scurtă istorie a calculului cuantic şi Despre potenţialul şi realizarea unui qubit. În articolul de faţă o să discut despre obstacolele întâlnite în dezvoltare, rezultatele obţinute în cercetare până acum şi o să încerc să arunc o privire spre viitorul acestei tehnologii.


Categorie: Fizica
Postată de: Daniel Tutuc

Obstacole şi cercetare

Procesarea informaţiei cuantice a făcut numeroase progrese de la concepţia ei, inclusiv construirea a unor computere cuantice capabile de operaţii aritmetice simple şi sortare de date. Cu toate acestea, câteva obstacole mari rămân de depăşit, ce previn construirea unui computer cuantic care să rivalizeze cu computerele actuale cele mai moderne. Printre aceste dificultăţi, cele mai formidabile rămân probabil corectarea erorilor, decoerenţa şi arhitectura propriu-zisa.

Corectarea erorilor e o noţiune uşor de înţeles, însă ce erori trebuie corectate? În principiu, acele erori care apar ca rezultat direct al decoerenţei, sau a tendinţei unui sistem cuantic să se relaxeze dintr-o stare cuantică data către o stare incoerentă, datorită interacţiei cu mediul înconjurător. Aceste interactii între mediul înconjurător şi qubiti sunt inevitabile şi conduc la compromiterea informaţiei stocate în computerul cuantic şi, deci, erori în calcul.

Înainte ca orice computer cuantic să fie capabil să rezolve probleme grele, cercetarea trebuie să vină cu soluţii pentru a menţine decoerenţa şi alte surse potenţiale de erori la un nivel acceptabil. Mulţumită teoriei (acum şi realităţii) corecţiei cuantice a erorilor, întâi propusă în 1995 şi dezvoltată în continuu de atunci, au fost construite mici computere cuantice şi se prevede apariţia unora mai mari. Probabil cea mai importantă idee în acest domeniu este aplicarea corectiei erorilor în coerenţa de fază ca mod de a extrage informaţie şi de a reduce erorile într-un sistem cuantic fără ca acel sistem să fie măsurat.

În 1998, cercetătorii de la Los Alamos National Laboratory şi de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) conduşi de Raymond Laflamme au reuşit să împrăştie un singur bit de informaţie cuantică (qubit) pe trei spini nucleari din fiecare moleculă dintr-o soluţie lichidă de alanină sau tricloroetilenă, folosind rezonanţa magnetică nucleară (RMN). Acest experiment este semnificativ pentru că informaţia împrăştiată e mai greu de corupt. Mecanica cuantică ne spune că masurarea directă a stării unui qubit inevitabil distruge superpozitia stărilor în care există, forţându-l să devină ori 0 ori 1. Tehnica imprastierii informaţiei permite cercetatorilor să se folosească de entanglement pentru a studia interactia între stări, ca o metodă indirecta de a analiza informaţia cuantică. Decât o măsurare directă, grupul de la Los Alamos a comparat spinii pentru a verifica dacă au apărut noi diferenţe între ei fără să citească informaţia în sine. Această tehnică le-a permis să detecteze şi să rezolve erorile apărute în coerenţa de fază a unui qubit, şi deci să menţină un nivel mai înalt de coerentă în sistemul cuantic. Această realizare a oferit un motiv în plus pentru sceptici. În prezent, cercetarea pentru corectia cuantică a erorilor este continuată de grupuri de la Caltech, Microsoft, Los Alamos şi în alte părţi. O sumarizare a progreselor în domeniu până în prezent se poate citii în articolul Progrese în tehnologia informaţiei cuantice până în prezent .

În acest moment, numai câteva beneficii ale calculului cuantic şi computerelor cuantice sunt cu adevărat evidente, dar înainte ca mai multe posibilităţi să fie descoperite teoria trebuie testată. Pentru a face aceasta, dispozitive capabile de calcul cuantic trebuie să fie construite. Cu toate acestea, partea de hardware este încă în faza de început. Ca rezultat al câtorva experimente semnificative rezonanţa magnetică nucleară (RMN) a devenit cea mai populară tehnologie în arhitectura dispozitivelor cuantice. În 1999, un grup de la Los Alamos National Laboratory şi de la MIT au construit primele demonstraţii experimentale ale unui computer cuantic folosind rezonanţă magnetică nucleară.

În prezent, cercetarea continuă pentru a contracara efectele distructive ale decoerenţei, pentru a dezvolta o arhitectură optimă pentru proiectarea şi construirea unui computer cuantic, şi pentru a descoperi mai mulţi algoritmi cuantici care să folosească capacitatea imensă de calcul a acestor dispozitive. Evident toate acestea sunt legate strâns de corecţia cuantică a erorilor şi algoritmii cuantici şi mai multe grupuri fac cercetare simultan în aceste direcţii. Până acum, designurile propuse au inclus capcane ionice, cavity quantum electrodynamics (CQED) şi RMN. Cu toate că aceste dispozitive au avut un succes moderat în a oferi şansa unor experimente interesante, fiecare tehnologie are limitarile ei. Computerele bazate pe capcane ionice sunt limitate în viteză de frecvenţa de vibraţie a modurilor în capcană. Dispozitivele care folosesc RMN au o atenuare exponenţială a semnalului pe măsură ce numărul qubitilor din sistem creşte. CQED este ceva mai promiţător, cu toate acestă tehnologie nu a fost demonstrată decât cu un număr mic de qubiti.

În viitor...

Computerele cuantice şi tehnologia informaţiei cuantice încă rămân în faza de pionerat. Chiar în acest moment obstacolele sunt depăşite pentru a oferi cunoştintele necesare urcării computerelor cuantice pe poziţia meritată - ca cele mai rapide maşini computaţionale existente. Corecţia erorilor a făcut un progres promiţător până acum, apropiindu-ne de punctul când vom avea la dispoziţie uneltele necesare construirii unui computer cuantic destul de robust pentru a rezista efectelor decoerenţei. Pe de altă parte, hardware-ul cuantic rămâne o aripă în dezvoltare, dar rezultatele obţinute până în prezent ne spun că nu e decât o chestiune de timp până când vom avea dispozitive suficient de mari pentru a testa algoritmul Shor şi ceilalţi algoritmi cuantici (vezi Progrese în tehnologia informaţiei cuantice până în prezent ). Deci computerele cuantice se vor impune cel puţin ca dispozitive computaţionale superioare, şi poate într-o zi vor depăşi limitarile computerelor moderne de astăzi. Calculul cuantic îşi are originile în zone foarte specializate ale fizicii teoretice, dar viitorul, fără nici un dubiu, va fi efectul profund pe care îl va avea asupra omenirii.

Comentarii

  • March 29, 2008, 6:23 am - karl_greifenklau

    http://www.youtube.com/watch?v=pEof8E2cF8o un video interesent care explica cum ar putea functiona un tranzistor care se foloseste si de spinul electronilor

  • February 22, 2008, 9:46 pm - EE135

    Yoghinule, scrie comentarii doar la subiect, te rog!

  • February 22, 2008, 3:14 am - NoName4U

    Totusi cd are de a face yoga si povestile magice cu stiintele exacte ?

    Va rugam nu ne mai "yoghinizati" paginile web !

  • February 20, 2008, 5:23 am - YOGHINUL

    Ce parere aveti de functia mea de unda?

    http://www.lulu.com/content/1933048

Adaugă un comentariu

Adaugă un comentariu

This is a captcha-picture. It is used to prevent mass-access by robots. (see: www.captcha.net)
Codul din imagine:
Numele dvs.(*):
COMENTARIU. Sugestie: SALVATI inainte de a trimite! Eventual puteti selecta cu Ctrl-A si apoi copia cu Ctrl-C. Sistemul mai da erori, in special daca textul este lung!(*):
 

Aceasta pagina a fost vizitata de 24268 ori