Bejegyzés, amelyben kételyt kap a, „hiszem, amit látok” tétel, és amellyel összéb vagyunk Einstein Istent kutató teóriájával, amire akkor hívta fel a figyelmet, amikor azt mondta, hogy arra kíváncsi, hogy Isten hogyan teremtette a világot. Mindezt a qbitek a kvantumteleportáció iránti el nem múló szerelmén keresztül egészen az informatikai megvalósításig. A bejegyzéshez annyi közöm fűződik, hogy több anyagból állítottam össze, rövidítettem egyes helyeken, picit hozzáírtam, elvettem belőle, no meg az, hogy közlöm. Az eredeti kutatók megtalálhatóak a blog alján.
Ezen túlmenően az is nyilvánvalóvá válik, hogy ez a fajta információátvitel még csak fizikai összeköttetést sem igényel, így a klasszikus hálózatokra jellemző kábelezési problémával sem kell számolni. A gyakorlatban, első ízben a teleportációt 1996-ban valósították meg.
Az alábbi áramkör által előállított kvantumállapotok nagy jelentőéggel bírnak, mert például segítségükkel valósítható meg a kvantumteleportáció. Jelölje a két bemenő állapotot x, illetve y. Az első, vagyis az x bemenetre alkalmazzuk a Hadamard-transzformációt, amit majd a CNOT követ. Az áramkör kimeneteként kapott állapotokat |ßxy -al jelöljük.
Vizsgáljuk meg közelebbről, hogy tulajdonképpen mi is történik ebben a kvantum-áramkörben. A Hadamard-transzformáció előállítja az x qbit szuperpozícióját, amely a következő lépésben végrehajtásra kerülő CNOT kontroll qbitjének felel meg. Ha a kontroll qbit értéke 1, akkor a kontrollált qbitet tagadjuk, különben nem történik semmi.
A |ßxy állapotokat még BELL-, vagy EPR-állapotoknak is szokták nevezni. Az EPR elnevezés onnan ered, hogy Einstein, Podolsky és Rosen voltak, akik rámutattak ezen állapotok különlegességére. Az összefonódott állapotok további tanulmányozása vezetett el a kvantumteleportációig.
A kvantumteleportáció egy olyan módszer, amely kvantumállapotok továbbítására szolgál és ehhez nem szükséges még az sem, hogy a küldő és fogadó fél közt létezzen valamilyen kvantumkommunikációs hálózati kapcsolat. Nézzük, hogyan is működhet a kvantumteleportáció.
Feltételezzük, hogy Alice és Bob találkoztak valamikor régen egymással, de most távol élnek egymástól. Együtt létrehoztak egy EPR-párt, amelyből egy-egy qbitet megtartottak mindketten maguknak, amikor szétváltak. Évek múltán Alice azt a feladatot kapja, hogy továbbítson Bobnak egy |Ψ állapotban levő qbitet anélkül természetesen, hogy a Bob hollétéről bármit is tudna. Alice azonban nem rendelkezik semmilyen információval sem a qbitállapotáról, sőt információt is csak klasszikus csatornákon át tud küldeni. Alice helyzete reménytelennek tűnik, legalábbis a kvantumteleportáció ismerete nélkül.
A probléma megoldásához az alábbi műveleteket kell Alice-nek elvégezni: kölcsönhatásba hozza a továbbítandó qbitet a nála maradt fél EPR-párral, majd az így keletkezett két qbitet mérésnek veti alá. A mérés eredménye az alábbi négy lehetséges érték közül egy: 00, 01, 10, és 11. Az így kapott információt elküldi Bobnak. Az Alice üzenetétől függően, a négy lehetséges műveletből Bob elvégez egyet a saját birtokában levő EPR-páron, és meglepő módon, az elvégzett művelet eredményeként Bob éppen a |Ψ állapotot kapja.
Tehát ha az Alice által végrehajtott mérés eredménye 00, akkor a Bob rendszere a |Ψ állapotba kerül. Hasonlóan, Alice mérési eredményeitől függően a Bob qbitje a fenti négy állapotok egyikébe kerül. Nyilvánvalóan, ahhoz, hogy el tudja dönteni, hogy a négy állapot közül éppen melyikben található a saját qbitje, Bobnak is ismerni kell az Alice mérési eredményét - ez az a tény, amely meggátolja azt, hogy a teleportáció során fénysebességet meghaladó sebességgel tudjunk információt továbbítani, mivel a mérés eredményét Alice klasszikus kommunikációs csatornán közli Bobbal.
Hangsúlyozni kell, hogy a kavantumteleportáció nem különböző részecskék (pl. foton, vagy feles spinű részecske), hanem kvantumállapotok teleportációját jelenti. Ezáltal a kvantumállapotot hordozó részecske térbeli helyzete változatlan marad.
Nyilvánvalóan itt nem merül ki a kvantumkapukban, áramkörökben rejlő összes lehetőség, de mindenkép bepillantást nyert a téma iránt érdeklődő olvasó a kvantumszámítás alapjait képező számítógépes logika rejtelmeibe. Az első, valóban működő kvantum számítógép
leírása alább.
Hartmut Neven, a Google képfelismeréssel foglalkozó részlegének egyik specialistája egy, a SC07 nevű, szuperszámítógépekkel foglalkozó konferencián tartott előadást. Ennek során egy képfelismerő algoritmust demonstrált a szakember, melyet egy nemrég alapított cég, a D-Wave Systems készülékén futtatott. Neven állítása szerint ez az eszköz az első, praktikus méretű kvantum számítógép, ami kereskedelmi forgalomban is felbukkanhat.
Mitől kvantum a kvantum számítógép? Attól, hogy egy ilyen rendszerben az összes kvantum állapot létezik, vagyis elméletileg egy kvantum számítógép a bevitt kérdésre adható válaszok mindegyikét képes párhuzamosan, egyszerre vizsgálni. Az 1980-as években megalkotott elmélet gyakorlatba való átültetése azonban - érthető okokból - lassan halad, mivel nagyon nehéz olyan rendszereket építeni, amik néhány kvantum bitnél többet tartalmaznak; illetve ezek koherens állapotban való tartása is problémákat okoz. Ahhoz, hogy el lehessen nyújtani az úgynevezett „dekoherencia időt”, a kvantum számítógépeket gyakorlatilag teljes mértékben izolálni kell a külvilágtól.
Ezt a problémát oldotta meg a D-Wave, állítása szerint. Mégpedig azzal, hogy adiabatikus (hőcserementes) kvantum számítógépet alkotott. A dekoherencia idő nem jelent gondot többé, közölte a vállalat, mivel a rendszer termikus zajjal is képes működni.
Persze mindez csak úgy vált lehetővé, hogy sokan sok pénzt áldoztak a kutatásokra: összesen több mint 44 millió dollárt invesztáltak a cégbe. Ennek volt az első eredménye az a kézzelfogható, 16 qbites számítógép (az Orion), amelyet még februárban mutattak be. A tudósok ennek ellenére szkeptikusak maradtak, azt állítván, hogy a D-Wave nem fog tudni valódi kvantum számítógépet létrehozni. Ez utóbbi viszont kitart amellett, hogy kísérleti gépe nagymértékben hasonlít egy klasszikus, 16 bites számítógéphez (ahol a 16 bit nem az architektúrára, hanem 16 darab bitnyi információra vonatkozik).
Az azóta eltelt időt szorgos fejlesztéssel töltötte a csapat, így immár a prototípus processzorok hetedik generációját is megalkották. Ez 28 qbittel rendelkezik, és továbbfejlesztett teljesítménnyel illetve skálázhatósággal büszkélkedhet. Ezen demonstrálta a Neven Vision céget 2006-ban felvásárolt Google alkalmazásában álló korábbi cégtulajdonos, Hartmut Neven a fent említett képfeldolgozási algoritmust. A digitális képekkel kapcsolatos műveletek tipikusan nagy számítási teljesítményt igényelnek, tehát egy, a kvantum számítógépeknél elért áttörés ennek a területnek komoly lökést adhat.
Egyelőre még nem tiszta, hogy gyorsabb-e a mai számítógépeknél a kvantumokra alapuló masina, de a D-Wave állítása szerint a tesztek folyamatosan zajlanak, ahogyan a gép fejlesztése is, így a pozitív válasz nem várat már sokat magára. Korábban a cég 2008 végére ígért 1000 qbites, megvásárolható kvantum számítógépet, és ugyanekkorra tervezi megvalósítani az Orion rendszerének Weben keresztüli nyilvánosságra hozatalát. Egy év már igen szűkös idő, a csapatnak tehát komoly oka lehet a bizakodásra, ha még nem módosították a céldátumot.
Irodalom
· Michael A. Nielsen &Isaac L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information
· Artur Ekert, Patrick Hayden, Basic concepts in quantum computation
· John Preskill, Quantum Information and Computation
· Endless Knowledge Base of the Internet (Az Internet Végtelen Tudásbázisa)
p.s. Ha valaki mindezt nem hiszi, járjon utána.
