Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita

O scurta istorie a calculului cuantic (I)

Autor: Daniel Tutuc

Dispozitivele electronice facute din siliciu domina astazi industria computerelor, dar cercetatorii exploreaza acum alte tehnologii pentru a oferi computere mai puternice. Un computer cuantic este un dispozitiv teoretic care foloseste propietatile mecanicii cuantice – universul fizicii care se ocupa de energie si materie la scara atomica.

In acest articol mi-am propus sa ofer cititorilor o imagine cat mai clara asupra notiunii de calcul cuantic, qubit si, nu in ultimul rand, de computer cuantic. Avand in vedere ca subiectul cere o abordare extensiva, aceasta nu o sa fie decat prima parte dintr-o serie de articole pe marginea acestui subiect.

Un computer cuantic poate fi orice dispozitiv pentru calcul care foloseste in mod direct fenomenele cuantice, cum ar fi superpozitia sau entaglementul, pentru a face operatii cu date. Intr-un computer conventional (sau clasic) informatia este inmagazinata sub forma de biti, in schimb intr-un computer cuantic aceasta este inmagazinata sub forma de qubiti. Principiul de baza al calculului cuantic este acela ca propietatile cuantice pot fi folosite pentru a reprezenta si inmagazina informatia, si ca pot fi construite mecanisme cuantice pentru a face operatii cu aceasta informatie.

Ideea unui dispozitiv computational bazat pe principiile mecaniii cuantice a foat intai explorata in anii ”70 de catre fizicieni si oameni de stiinta cum ar fi Charles H. Bennett de la IBM Thomas J. Watson Research Center, Paul A. Benioff de la Argonne National Laboratory din Illinois, David Deutsch de la University of Oxford, si Richard P. Feynman de la California Institute of Technology (Caltech). Ideea a iesit la suprafata cand oamenii de stiinta discutau limitele fundamentale ale calculului. Ei au inteles ca daca tehnologia continua sa urmeze legea lui Moore s-ar fi ajuns la un moment in care tranzistorii dintr-un cip nu ar fi fost mai mari de cativa atomi. Aici problema ridicata era ca la scara atomica legile fizice care guverneaza comportamentul si propietatile circuitelor ar fi fost de natura cuantica, si nu clasica. Urmand ridicarea problemei daca nu cumva ar fi posibila construirea unui computer bazat pe principiile fizicii cuantice.

Feynman a fost printre primii care au incercat sa ofere un raspuns la aceasta intrebare, producand un model abstract in 1982 care arata cum un sistem cuantic ar putea fi folosit in calcul. De asemenea a explicat cum o astfel de masina ar fi capabila sa simuleze problemele fizicii cuantice. Cu alte cuvinte, un fizician ar avea posibilitatea sa faca experimente de mecanica cuantica inauntrul unui computer bazat pe mecanica cuantica.

Mai tarziu, in 1985, Deutsch a realizat ca modelul propus de Feynman ar putea sa duca eventual la realizarea unui computer cuantica de interes general si a publicat un articul teoretic crucial aratand ca orice proces fizic, in principiu, ar putea fi modelat perfect de catre un computer cuantic. Deci, un compuer cuantic ar avea capabilitati mult peste cele ale computerelor clasice. Dupa ce Deutsch a publicat articolul, a inceput cautarea pentru a gasi aplicatii interesante pentru o asemenea masina.

Din pacate, tot ce a putut fi gasit au fost problemele matematice ridicate de construirea unei asemenea masini. Pana cand Shor a dat publicat schita unui articol in care el a gasit o metoda pentru a folosi computerele cuantice sa depaseasca o problema importanta in teoria numerelor, si anume factorizarea. El a aratat cum un ansamblu de operatii matematice, create special pentru un computer cuantic, pot fi organizate in asa fel incat sa permita factorizarea unor numere foarte mari, foarte rapid – mult mai rapid decat un computer clasic. Cu aceasta descoperire, calculul cuantic a fost transformat dintr-o curiozitate academica intr-un interes national si international.

Daca este posibila construirea computerelor cuantice la scara larga, acestea vor putea rezolva anumite probleme exponential mai rapid decat computerele clasice (e.g. algoritmul lui Shor). Computerele cuantice sunt diferite fata de alte computere, cum ar fi cele cu ADN sau cele traditionale bazate pe tranzistori. Unele arhitecturi de calcul cum ar fi computerele optice folosesc superpozitia clasica a undelor electromagnetice, dar fara a folosi anumite resurse pur cuantice cum ar fi entaglementul, si au un potential mai scazut pentru viteze mai mari de calcul decat computerele cuantice.

Cu toate ca, calculul cuantic esta inca la inceput, au fost realizate experimente in care s-au fost facute operatii cu un numar foarte mic de qubiti. Cercetarea continua intr-un ritm alert atat pe partea teoretica cat si pe cea experimentala, si multe agentii guvernamentale si militare sustin financiar dezvoltarea calculului cuantic pentru dezvoltarea computerelor cuantice atat pentru uz civil, cat si in scopuri de securitate nationala, cum ar fi criptografia. Dar despre problemele intalnite in dezvoltare, aplicatii si situatia prezenta voi discuta in articolul urmator.

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger