16 bites kvantumszámítógép

Nem boldogul a sudoku-feladat megoldásával? Vegyen egy kvantumszámítógépet a Kanadai D-Wave Systems cégtől, az majd segít. Szakértők azonban óvatosságra intenek: egyelőre nem ajánlják, hogy megtakarításaikat ennek a cégnek a részvényeibe fektessék be.

Kvantumszámítógép fejlesztésén nagy erők dolgoznak világszerte, de még mindig nem biztos, hogy valóban lehet majd nagyteljesítményű, képességeiben a hagyományos gépeket meghaladó rendszert létrehozni. A legjobban a titkosszolgálatok és az ezek titkainak kifürkészésére készülők várják a kvantumszámítógépet, mert forradalmasíthatja a rejtjelezést.

A kvantumszámítógép alapegysége, a qubit (quantum bit) 0 és 1 között bármilyen értéket képviselhet, és nem csak egyetlen értéket, hanem egyidejűleg értékek sokaságát, szuperpozícióját. A hagyományos számítógép fekete-fehér állapotaival szemben a qubit egyszerre viselheti "a szivárvány minden színét". (Ez jó példája a kvantumvilág és a makrovilág, a hétköznapok különbözőségének. Valójában a szín sem igazi szín, csak más tulajdonságok érzékeltetésére használjuk.)

Korábban például kloroform-molekulákból hoztak létre olyan nagyon egyszerű kvantumszámítógépet, amely képes volt egy keresőalgoritmus, egy matematikai utasítássorozat végrehajtására. Az információegységet, a qubitet az egyes atomok spinállapota képviselte. (A spin a részecskéknek más sajátosságokra vissza nem vezethető tulajdonsága, nincs megfelelője a makrovilágban.) Külső mágneses térrel befolyásolni, változtatni lehet a spinállapotokat. Több atomból álló molekulában az egyik atom mágneses tere befolyásolja szomszédjainak a terét, az egyik atomon külső behatással előidézett változás továbbterjed a molekula többi atomjára. Itt kap szerepet még egy nagyon fontos kvantummechanikai jelenség, a Pauli-féle kizárási elv, amely kimondja, hogy két atom az összes kvantumjellemzőjét tekintve nem lehet azonos állapotban, valamiben különbözniük kell. A kloroform molekulában (HCCl3) a hidrogén-atommagok spinállapotai végezték a "számolást", az eredmény a szénatommag kvantumállapotában jelentkezett.

A most reklámozott kanadai kvantumszámítógép más elven működik, ez ún. adiabatikus kvantumszámítógép. Ebben a gépben fémet hűtenek le olyan alacsony hőmérsékletre, hogy szupravezetővé váljon, tehát ellenállás nélkül mozogjanak benne a qubit szerepét betöltő elektronok. A kanadaiak nióbiumot használtak. A mágneses tér lassú változtatására reagálva a qubitek fokozatosan egymáshoz illeszkednek. 2005-ben német kutatók már építettek ilyen elven működő, mindössze 3 qubittel dolgozó adiabatikus kvantumszámítógépet. Az új kanadai gép 16 bites, a fejlesztők állítják, gépük valóban az elv rendszerszintű megvalósítása.

A kanadai Brit Columbiában levő gépnek Kaliforniából küldték a feladatokat. Három probléma megoldását bízták a gépre: egy kiválasztott molekulához hasonló molekulaszerkezetek keresését, egy bonyolult ültetési rend megtervezését és egy sudoku-feladat megoldását. (A sudoku az utóbbi években elterjedt matematikai feladvány. A sudoku egy olyan 9x9-es nagy négyzetrács, amely 9 db 3x3-as kisebb négyzetrácsból épül fel. Ebbe a 81 négyzetbe kell beírni a hiányzó számokat 1-től 9-ig úgy, hogy mind a kilenc kis négyzetrácsban, valamint a nagy négyzetrács soraiban és oszlopaiban is megjelenjen minden szám 1-től 9-ig.)

Az eredményekről beszámolót küldenek egy rangos szakfolyóiratnak, szakértők szemügyre vehetik a rendszert, az érdeklődők pedig ingyen dolgoztathatják a gépet saját feladataik megoldásán. Az új gép sebessége még kisebb az elterjedt olcsó, mai gépekénél, de a tervezők egy gyorsabb, ezer qubitet kezelő gépet akarnak építeni a jövő év végére.

A mai gépek teljesítményének meghaladásához sok ezer qubites gépekre lenne szükség. Szakértők szerint kétséges, hogy a mágneses tér fokozatos változtatásával működő rendszer képes lehet-e nagy méretekben gyorsan működni. Túl szép ahhoz, hogy igaz lehessen, idézik a gép terve kapcsán az ismert szólást. Ám mindenképpen meg kell próbálni megépíteni, mert csak úgy dönthető el, működőképes-e a nagy gép vagy sem. Az új adiabatikus kvantumszámítógépről hírt adó Scientific American a világhírű műszaki egyetem, a Massachusetts Institute of Technology kvantumszámítógép kutatóját idézi. Seth Lloyd szerint "valószínűleg nem fog működni, de nem eleve reménytelen. Valóban komoly problémákat lehet majd megoldani, ha működik és nagy igény lesz a gép iránt. Az esélyeket felmérve azonban ez nem az a vállalat, amelybe befektetném a pénzemet."

Jéki László