Wszyscy doskonale wiemy, że komputery od zawsze pracują w systemie dwójkowym. Cały współczesny świat zbudowany jest w oparciu o jeden i zero. Czy cyfry kwantowe podważą tę wieloletnią dominację informacji binarnej?
Do tej pory podejście dwójkowe sprawdza się doskonale. W rzeczywistości system binarny jest tak udany, że dziś komputery zasilają wszystko: od ekspresów do kawy po autonomiczne samochody. Ten niesamowity sukces sprawił, że dzisiejsze komputery kwantowe również są opracowywane z myślą o przetwarzaniu informacji binarnych.
Jednak Martin Ringbauer, fizyk eksperymentalny z uniwersytetu w Innsbrucku w Austrii, wyjaśnia, że „budulcem komputerów kwantowych jest coś więcej niż zera i jedynki. Ograniczenie ich do układów binarnych uniemożliwia tym urządzeniom realizację ich prawdziwego potencjału”.
Cyfry kwantowe sprawiają, że komputer to coś więcej niż tylko jeden i zero
Zespołowi naukowców udało się teraz opracować komputer kwantowy, który może wykonywać dowolne obliczenia za pomocą tzw. cyfr kwantowych (quditów). Naukowcy odblokowali w ten sposób dodatkową moc obliczeniową przy użyciu mniejszej liczby cząstek kwantowych. Grupą badaczy kieruje Thomas Monz z Wydziału Fizyki Eksperymentalnej Uniwersytetu w Innsbrucku.
Przechowywanie informacji w zerach i jedynkach nie jest najbardziej wydajnym sposobem wykonywania obliczeń. Jest to za to zdecydowanie najprostszy sposób. „Prosty” – zazwyczaj oznacza to też „niezawodny” i „odporny na błędy”. Dlatego informacja binarna stała się niekwestionowanym standardem dla klasycznych komputerów. Zainteresowanych pogłębieniem wiedzy na ten temat zachęcamy do lektury naszych tekstów, na przykład „Badacze IBM udowodnili, że komputer kwantowy ma przewagę nad klasycznym”.
Jednak w świecie kwantowym sytuacja jest zupełnie inna. W komputerze kwantowym w Innsbrucku informacja jest przechowywana w indywidualnie uwięzionych atomach wapnia. Każdy z tych atomów ma naturalnie osiem różnych stanów, z których tylko dwa są zwykle wykorzystywane do przechowywania informacji. W rzeczywistości prawie wszystkie istniejące komputery kwantowe mają dostęp do większej liczby stanów kwantowych niż faktycznie wykorzystują do obliczeń.
Cyfry kwantowe oznaczają bardziej naturalne podejście do rozwiązywanych problemów
Fizycy z Innsbrucka zaprojektowali teraz komputer kwantowy, który może wykorzystać cały potencjał tych atomów poprzez obliczenia z użyciem quditów. W przeciwieństwie do klasycznej sytuacji, wykorzystanie większej liczby stanów nie czyni w tym przypadku komputera mniej niezawodnym. Thomas Monz mówi, że „systemy kwantowe naturalnie mają więcej niż tylko dwa stany i pokazaliśmy, że jesteśmy w stanie kontrolować je wszystkie równie dobrze”.
Z drugiej strony wiele zadań, które wymagają komputerów kwantowych, takich jak problemy z fizyki, chemii czy materiałoznawstwa, jest również naturalnie wyrażonych w języku qudit (czyli cyfr kwantowych). Przepisanie ich na qubity (czyli na system dwójkowy) może często uczynić je zbyt skomplikowanymi dla dzisiejszych komputerów kwantowych. Martin Ringbauer wyjaśnia, że „praca z czymś więcej niż zerami i jedynkami jest bardzo naturalna nie tylko dla komputera kwantowego, ale także dla jego zastosowań, co pozwala nam uwolnić prawdziwy potencjał systemów kwantowych”.
Komputery kwantowe to fascynujący temat, którym często zajmujemy się na naszej stronie. Polecamy lekturę wielu naszych tekstów dotyczących tej dziedziny, m.in. „Czy obliczenia kwantowe mogą pomóc w stworzeniu wehikułu czasu?”.
Źródło: SciTechDaily, University of Innsbruck i IBM