imagazin arrow2-left arrow2-right arrow2-top arrow-up arrow-down arrow-left arrow-right cart close dossiers education fb instagram menu notification oander rss rss-footer search service shuffle speech-bubble star store stores tests twitter youtube

Kezünkben az iPhone XS és iPhone XS Max!

Nézd meg és olvasd el első benyomásainkat!

Egy lépéssel közelebb kerültünk a kvantumszámítógépek felé


A Hollandiában található Delfti Műszaki Egyetem kutatói úgy tűnik, találtak egy működőképes megoldást a kvantumszámítógépek egyik legnagyobb fejtörést okozó problémájára, a kvantumbitek stabilizálására.

A kvantumszámítógépekről már igen sokat lehetett hallani. Tőlük várjuk a legújabb számítástechikai forradalom kirobbanását, minekután korábban lehetetlennek tűnő feladatok elvégzésre is alkalmasak lehetnek. Elvileg legalábbis, a gyakorlatban sajnos még nem sikerült valóban teljes körűen használható kvantumszámítógépet építeni.

Ennek több oka is van, de a legalapvetőbbet a kvantumbitek, más néven qubitek tulajdonságai körül érdemes keresni. Ezek a kvantumszámítógépek alapegységei, építőkockái. Míg egy hagyományos számítógép bitekkel operál, addig a kvantumszámítógép qubitekkel. A két betű eltérés ne tévesszen meg senkit, jelentős különbségekről van szó.

A bit, ahogy az már-már közismert, vagy 0 vagy 1 értéket vehet fel. Igaz vagy hamis – a gépek csak ilyen egyszerű bináris választásokkal „irányíthatók“. A kvantumbitek azonban ezek mellett egy speciális, úgynevezett szuperpozícióba is kerülhetnek, ahol egyszerre érvényes mindkét állapot. Ilyenkor szokták felhozni Schrödinger híres-neves macskáját, aki egyszerre él is meg halott is. A gondolatkísérlet leírásának erejéig átadnám a mikrofont a Wikipédiának:

Schrödinger, hogy a kvantumelmélet egyik abszurditását szemléltesse, egy képzeletbeli macskát egy zárt dobozba helyezett, amelybe kívülről nem lehetett belelátni. A dobozban a macska mellett van egy szerkezet, melyet a macska nem tud befolyásolni. A szerkezet tartalmaz egy darab radioaktív anyagot, melyben egy óra alatt egy atom vagy lebomlik, vagy ugyanekkora valószínűséggel nem bomlik le. A radioaktív bomlást észleli egy Geiger–Müller-számláló, ami egy relén keresztül elenged egy kalapácsot és az összetör egy hidrogén-cianidos üveget, megölve ezzel a macskát. Ha egy óra hosszat magára hagyjuk a dobozt, azt mondhatjuk, hogy a macska él, ha időközben nem volt atombomlás.

Hogy eldöntsük, a macska él-e vagy meghalt, ki kell nyitni a dobozt.

A fogós kérdés azonban az, hogy milyen állapotban van a macska a doboz kinyitása előtt? A kvantumelmélet szerint a macska hullámfüggvénye egy élő és egy halott macska hullámfüggvényét egyszerre tartalmazza.

Schrödinger hiába a szuperpozíció abszurditásának bemutatására hozta fel példáját, a kvantummechanikai kísérletek sorra igazolták az elmélet helytállóságát, mégha ez elsőre nehezen is emészthető. Olyannyira igazolták, hogy ma már „mindent megoldó“ számítógépeket akarunk építeni erre.

A qubitek viszont önmagukban nem sokat érnek. Annál erősebb egy kvantumszámítógép, minél több qubit van benne egymáshoz kapcsolva (úgynevezett kvantum-összefonódás által), hiszen így ugrásszerűen növekszik a lehetséges kombinációk száma, azaz egyre gyorsabban, egyre bonyolultabb számításokat lehet elvégezni. Dr. Tom Watson szerint – bár nem pontosan meghatározhatóak a számok – ezres, vagy milliós nagyságrendű összefonódott qubitre lenne szükség ahhoz, hogy valóban használható és hasznosítható kvantumszámítógépeket tudjanak létrehozni.

Csak, hogy el tudjuk helyezni ezt a számot fejben, meg kell említeni, hogy tavaly novemberben már az szenzációnak számított, hogy az IBM 50 qubitet össze tudott hozni 90 milliomod másodperc erejéig. Látható tehát, hogy a kívánt nagyságrendektől még igen messze vagyunk. Ennek oka, hogy egyrészt roppant nehéz fenntartani a kvantumösszefonódást, másrészt a szuperpozíció is csak addig tart, amíg mérést nem végzünk a rendszeren, ekkor ugyanis a qubitek hagyományos értékekre (0; 1) ugranak vissza, megnehezítve ezzel a műveleti eredmények kiolvasását.

Paradox módon minél több elemből áll az összekapcsolódás (tehát minél erősebb a gép), annál érzékenyebb az egyensúly a külső hatásokra, azaz annál instabilabb a rendszerünk. Ráadásul minden elvégzett művelet után valamelyest „roncsolódik“ az egész, több ponton is becsúszhatnak véletlenek, amelyek hibákat szülnek.

Ha viszont egyszer sikerül elérni egy kritikus méretet (feltehetőleg erre utal a Dr. Tom Watson-féle ezres, milliós qubit-kapcsolat is), akkor már elvileg beépíthetők a rendszerbe hibajavító mechanizmusok (szintén qubit alapon), amelyek egyetlen feladata a felmerülő hibák (zaj) redukálása, javítása, ilyen módon tehát az egész egyensúly stabilizálása. A legfőbb cél tehát most az, hogy el tudjunk jutni eddig a kritikus méretig.

Ebben érhetett most el áttörést Delfti Műszaki Egyetem kutatócsapata. Meglepő módon a megoldást a jó öreg szilícium hozta el. A csapat a szilícium és mikrohullámok segítségével sikeresen fixálta a szuperpozícióban váltakozó spinű elektronokat egyetlen állapotba, úgynevezett quantum-dot-based spin qubiteket létrehozva ezzel. Ezeket utána kettesével össze is tudták kapcsolni, egyfajta szilícium alapú 2 qubites-kvantumchipeket létrehozva ezzel. A technológia segítségével pedig sikerült jelentősen csökkenteni a zajt, ami feltétlen szükséges a használhatósághoz.

A csapatnak sikerült két qubites kvantum kapukat létrehoznia, nagyon tisztes hibaaránnyal. Noha a hibaráta még mindig jelentősen magasabb, mint a csapdába ejtett ionok vagy a szupravezető qubites kvantumszámítógépek esetében, az eredmény mindenképpen figyelemreméltó, hiszen a kvantumbitek elválasztása a zajtól rettenetesen nehéz feladat. – mondta a felfedezésről Winfried Hensinger, a Sussexi Egyetem professzora.

A dolog annyira működőképesnek bizonyult, hogy rögtön ki is tudták próbálni a képességeit erre szakosodott tesztelő algoritmusokkal, mint amilyen például Deutsch–Josza vagy a Grover (kereső) algoritmus. Ez utóbbihoz tartozó példa jól szemlélteti, mire is lesznek jók a kvantumszámítógépek. A leírás Nagy Benedek Új számítási paradigmák című munkájából származik:

A feladat első része: keressük meg a városban lakó telefonszámát (a nevet ismerjük) a telefonkönyvből. A feladat másik része: adott egy telefonszám (a városunkból), találjuk meg kié ez a szám (a telefonkönyvből). Míg az első rész triviális, hiszen a telefonkönyvet éppen erre találták ki, benne az nevek szerinti betűrendben gyorsan kereshetünk, a másik része a feladatnak reménytelennek tűnik a nyomtatott telefonkönyv alapján.

Hagyományos számítógépeken strukturálatlan adatszerkezet esetén a számítógépnek végig kell néznie az állományt addig, amíg nem talál olyan elemet, ami kielégíti a keresési feltételt. Ez általában átlagosan az adatok felének átnézésig tarthat. Grover bizonyította, hogy strukturálatlan keresési térben kvantumszámítógéppel négyzet-gyökösen kevesebb „találgatással” is megoldható a feladat.

Bizonyos műveletek tehát lényegesen gyorsabban, hatékonyabban végezhetőek el kvantumszámítógépekkel. Az, hogy a Delfti Műszaki Egyetem kutatói működőképes, stabil, szilíciumalapú kvantumprocesszorokat hoztak létre, amelyek ráadásul az eddiginél jóval kevesebb zajjal működnek, lényeges lépés lehet afelé, hogy idővel tényleg sikerüljön is meglépni a gyakorlati áttörést a téren.

Forrás: BBC

iPhone XS | Részletre is

Ezt már olvastad?

A Sirinek ez is az egyik baja, hogy mindenki a célközönség. Valószínűleg hatékonyabb lenne, ha először jól működő modulokat hoznának létre egy-egy funkcióra szabva.

Miért nem ismeri anyanyelvünket az Apple virtuális asszisztense? - Klikk ide!