Fotony z przeplotem są generowane przez wysyłanie światła laserowego przez kryształ boranu baru. (Źródło: Robin Riegler)
Czytanie na głos Jeśli szukasz numeru telefonu, czy zwykle nie ma problemu ze znalezieniem go w książce telefonicznej? przynajmniej jeśli znasz nazwisko uczestnika. I odwrotnie, znalezienie odpowiedniego uczestnika dla określonej liczby jest znacznie trudniejsze. Międzynarodowemu zespołowi fizyków kierowanym przez Antona Zeilingera z Uniwersytetu Wiedeńskiego i Haralda Weinfurtera z Instytutu Optiki Kwantowej im. Maxa Plancka w Garching udało się teraz zrealizować pierwszy jednorazowy komputer kwantowy zdolny do wykonania tego zadania w krótkim czasie. Naukowcy przedstawiają swój eksperyment w czasopiśmie Nature (vol. 434, s. 169). Katalogi są sortowane alfabetycznie według nazwy, ale nie według numerów telefonów. Jeśli szukasz określonej liczby w książce telefonicznej z milionem wpisów, istnieje tylko jedna obiecująca strategia: przeglądasz wszystkie wpisy jedna po drugiej, aż znajdziesz numer, którego szukasz. Jeśli masz szczęście, wpis, którego szukasz, jest jednym z pierwszych, w najgorszym przypadku musisz przejrzeć wszystkie miliony wpisów. Średnio będziesz musiał przejrzeć 500 000 wpisów, aż znajdziesz to, czego szukasz.

Oczywiście konwencjonalny komputer robi to stosunkowo szybko, ale jego metoda jest taka sama: komputer nie ma innego wyboru, jak przejrzeć wpisy, aż znajdzie właściwy. Jeśli komputer ma zadanie do wykonania, nie milion, ale trylion, trylion lub nawet więcej pozycji, wyszukiwanie staje się dla niego również nużącym zadaniem.

Jednak w 1996 Lov Grover z Bell Labs teoretycznie wykazał, że komputer kwantowy może wykonać takie zadanie wyszukiwania znacznie szybciej niż komputer konwencjonalny: podczas gdy ten drugi musi przeglądać średnio połowę wpisów, komputer kwantowy ma tylko źródło Przejrzyj liczbę wpisów? w przypadku książki telefonicznej więc 1000 wpisów.

Jest to związane z dziwacznymi prawami mechaniki kwantowej, które zostaną zastosowane w przyszłych komputerach kwantowych. Informacje nie powinny być zatem przechowywane w bitach, jak w konwencjonalnych komputerach, ale w kubitach. Chociaż bit może zawierać tylko informację „0” lub „1”, kubit może również reprezentować wszystkie możliwe mieszanki „0” i „1”. Na przykład kubit może nieść informację, że reprezentuje „0” z prawdopodobieństwem 30 procent i „1” z prawdopodobieństwem 70 procent. pokaz

Zespołowi pod kierownictwem Zeilingera i Weinfurtera udało się wprowadzić w życie koncepcję jednorazowego komputera kwantowego zaproponowaną przez Hansa Briegela i Roberta Raussendorfa z Uniwersytetu w Innsbrucku w 2001 roku. Rzeczywisty komputer składał się z czterech powiązanych ze sobą fotonów, a więc lekkich cząstek. Splątanie wspomniane przez Alberta Einsteina „upiorne działanie na odległość” oznacza, że ​​cztery fotony są we wspólnym stanie kwantowym. W rezultacie ich właściwości są nierozerwalnie powiązane.

Informacje, kubity, nie są przechowywane w czterech pojedynczych fotonach, ale każdy kubit jest nielokalnie „rozproszony” na wszystkie cztery fotony. Z powodu uwikłania informacje są tak splecione, że można je wyszukiwać znacznie szybciej za pomocą algorytmu zaproponowanego przez Grovera. Proces wyszukiwania zmienia oryginalne kubity? stąd nazwa „jednorazowy komputer kwantowy”.

W swoim eksperymencie badacze zajmowali się udowodnieniem zasadności wykonalności jednorazowego komputera kwantowego. W kubitach swoich czterech fotonów mogli zapisać tylko cztery wpisy? a następnie wyszukaj. Jednak twój system pozwala na rozszerzenia. Cztery fotony każdy można uznać za podjednostkę, która z kolei jest splątana z inną podjednostką. Tak więc wiele w pełni sprzężonych podjednostek można wykorzystać do zbudowania w pełni funkcjonalnego komputera kwantowego.

Axel Tilleman

© science.de

Zalecane Wybór Redakcji