Biti ili kubiti, pitanje je sad

Svakako najšokantnije dostignuće kvantne fizike, koja je postavila i mnoga filozofska pitanja, bilo je teorija o višeznačnom postojanju kvantnih partikula (čestica). U mikrosvetu, to je značilo da materija može jednovremeno opstajati na dva različita mesta. Dualna priroda svetlosti – talasna i čestična – bila je uvod u ovo razmatranje. Prema tvrdnjama svetskih naučnika (SAD i Japan) koji aktualizuju kvantnu mehaniku, nauku koja je zaživela prvom polovinom prošlog stoleća, do 2015. godine prefiks “e-“ biće zamenjen prefiksom “q-“. PC će postati QC – kvantni kompjuter.

Informacija pomoću koje rade kompjuteri sasvim je fizičke prirode, odnosno mora biti predstavljena nekim fizičkim sistemom – određenim brojem prekidača struje (0 i 1 su, uprošćeno rečeno, „nema struje/ima struje“) – svako izvršavanje programa odvija se serijom nula i jedinica – 0111001001011...

Osnovna jedinica informacije u klasičnom kompjuteru je bit. Novo razmatranje jedinice informacije upućuje na takozvani kubit (qubit). Kubit predstavlja kvantni bit, najmanju jedinicu informacije u kvantnom računarstvu. Za kubite je specifična mogućnost da sadrže eksponencijalno veću količinu informacija te mogu obavljati drastično brže operacije nego tradicionalni bitovi.

Još jedna njihova specifičnost leži u tome što se ne oslanjaju na klasičnu binarnu prirodu računskih operacija. Dok tradicionalni kompjuteri prevode informaciju u bitove koristeći binarne brojke – 0 i 1 – kvantni kompjuteri bi prevodili informaciju kao seriju kvantnomehaničkih stanja (npr. spin elektrona, ili orijentacija svetlosnih čestica – fotona). Catch s kvantnom mehanikom, uopšteno, leži u tome da ona podržava postojanje više stanja odjednom. Nešto može biti 0, 1, ili oba u isto vreme, što nam, naviknutim na njutnovsku mehaniku, svakako deluje začudno.

Još je 1982. godine nobelovac Richard Feynman zaključio da se kvantni svet može simulirati jedino kroz kvantne kompjutere a ne binarne, a 1985. godine David Deutsch sa Oxforda ukazao je na to da zakoni kvantne fizike dozvoljavaju česticama da istovremeno budu u više stanja, čime bi svaka čestica u kvantnom kompjuteru sadržala više od 1 bita informacija.

Prednost kvantnih kompjutera biće u tome što će oni moći da obave klasične operacije na svim brojevima simultano, što binarni kompjuteri ne mogu. Kroz simultane operacije i potom kroz "provlačenje" rezultata jednih kroz druge da bi se dobio konačan i jedinstven odgovor, kvantni kompjuter postaje daleko moćniji od klasičnog, binarnog, iako može koristiti samo jedan jedini procesor.

Ovakvi kompjuteri neće naći primenu u procesiranju teksta ili slanju e-maila, već u komplikovanim zadacima kao što su kriptografija ili modelovanje velikih baza podataka. Kriptografija predstavlja način zaštite informacija putem njihove transformacije u nečitljivi format, koji se naziva šifrovani tekst. Kako su internet i druge forme elektronske komunikacije postali dominantni u svakodnevnom životu, elektronska sigurnost postaje sve češća tema, a kriptografija se koristi da bi se zaštitile e-mail poruke, informacije o kreditnim karticama ili poslovni podaci.

Pored kriptografije, korisna primena kvantnih kompjutera bila bi u brzom iščitavanju baza podataka a oslanjala bi se na mogućnost da svaki deo te baze bude predstavljen odgovarajućim kvantnim stanjem čestice u samom kvantnom kompjuteru. Sve čestice vrše pretraživanje baze istovremeno, čime je pretraga znatno ubrzana.

A šta je s novim dizajnom QC-a? Takav kvantni kompjuter biće zasnovan na pomenutoj mogućnosti istovremenog različitog postojanja, kao i na mogućnosti da jedna čestica u sistemu može imati istovremeni uticaj na sve ostale. Nazire se lagano odumiranje klasičnog silikonskog čipa (čvrsto agregatno stanje), kojeg će zameniti superhladni tečni (supercooled liquid) kompjuter.

Kod takvog kompjutera osnovna jedinica informacije biće kubit. Memorijska matrica od “n” kubita istovremeno predstavlja bilo koji broj između 1 i 2^n . Naučnici procenjuju da će novi QC od 333 kubita istovremeno moći da obavlja operacije na svakom broju u rasponu od 1 do 10^100, što je nezamisliva cifra koja prevazilazi broj atoma u Univerzumu! (Sadašnjim superkompjuterima bi za to bilo potrebno nekoliko kvadriliona godina.)

S jedne strane, naučnici su uspeli da produkuju tzv. kvantne dotove (tačkice), sićušna polja elektrona široka jedva preko 100 nanometara, koji predstavljaju kubite, a u zavisnosti od spina (obrtanja) elektrona (gore ili dole), binarna funkcija je off ili on. S druge strane, radi se i na projektu kombinovanja silikonskog kristala i atoma fosfora. Međutim, delovi takvog računara moraće da imaju dodatnu opremu za hlađenje sve do nešto malo iznad apsolutne nule.

Još jedan od problema je kvantna informacija koja, za razliku od binarne, nema postojane karakteristike. U pomoć stiže nanotehnologija – zasada se može pozicionirati zasebno jedan jedini atom fosfora na silikonskog površini. Pretpostavlja se i da bi skup elektrona koji plutaju na površini supertečnog helijuma na jako niskim temperaturama mogao biti odgovarajući kubit.

Elektroni bi lebdeli u vakuumu; njihovo niskoenergetsko stanje se opisuje kao 0, a pobuđeno kao 1. Naravno, za ovakav produkt elektrona na tečnom helijumu koji će zameniti klasičan silikonski čip treba čekati još najmanje deceniju. A laboratorije na univerzitetu MIT, u CALTECH-u, pri IBM-u, ili u AT&T Bell laboratoriji uveliko utiru put dobu kubita.