Η λειτουργία του κβαντικού επεξεργαστή

Ανεξάρτητα από τη συγκεκριμένη τεχνολογία που χρησιμοποιούν τα διάφορα μοντέλα κβαντικού επεξεργαστή, όλα στηρίζονται σε δύο βασικές αρχές που διέπουν τους νόμους των μικροσκοπικών σωματιδίων της ύλης και περιγράφονται από την Κβαντική Φυσική: Την αρχή της «υπέρθεσης» (superposition) και την αρχή της «διεμπλοκής» (entanglement).
Η πρώτη μας λέει ότι ένα σωματίδιο του μικρόκοσμου, που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση, τη μεταφορά και την επεξεργασία πληροφορίας (φωτόνιο, αν χρησιμοποιείται το φως και ηλεκτρόνιο, αν χρησιμοποιείται ηλεκτρισμός) μπορεί να βρίσκεται σε περισσότερες από μία καταστάσεις ταυτόχρονα - κάτι σαν τη στοιχειωμένη γάτα στο περίφημο νοητικό πείραμα του Σρέντιγκερ, η οποία μπορεί να είναι ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα μέχρι να ανοίξει το κουτί ο παρατηρητής.....

Αυτή η αλλόκοτη συμπεριφορά του μικρόκοσμου, η τόσο αντίθετη με τις εμπειρίες της καθημερινής μας ζωής, έχει τεράστιες επιπτώσεις στην επεξεργασία της πληροφορίας. Στα συμβατικά ψηφιακά τρανζίστορ, κάθε μονάδα πληροφορίας (bit) μπορεί να πάρει αυστηρά μία από δύο προκαθορισμένες τιμές, 0 ή 1, ανάλογα αν περνάει ή δεν περνάει ρεύμα από ένα συγκεκριμένο κύκλωμα. Αντίθετα, στον κβαντικό επεξεργαστή, κάθε κβαντική μονάδα πληροφορίας (qubit) μπορεί να πάρει πολλές τιμές ταυτόχρονα, επομένως ο υπολογιστής είναι σε θέση να αποθηκεύει και να επεξεργάζεται πολύ μεγαλύτερες ποσότητες πληροφορίας.
Το πλεονέκτημα αυτό των κβαντικών επεξεργαστών ενισχύεται από τη δεύτερη αρχή, της διεμπλοκής, η οποία σε χονδρές γραμμές μας λέει ότι η κατάσταση ενός qubit επηρεάζει ακαριαία την κατάσταση ενός άλλου, απομακρυσμένου qubit. Το γεγονός αυτό επιτρέπει την αστραπιαία επεξεργασία ασύλληπτου όγκου πληροφοριών. Η τεχνική που χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες του Μπρίστολ αντιπροσωπεύει θεαματική βελτίωση, καθώς για πρώτη φορά χρησιμοποιήθηκε ως βασική μονάδα μετάδοσης της πληροφορίας όχι ένα φωτόνιο, αλλά ζεύγος φωτονίων, γεγονός που αυξάνει κατά πολύ τις υπολογιστικές δυνατότητες. Το επόμενο, μάλλον ευκολότερο από τεχνική άποψη, βήμα θα είναι να κατασκευαστεί κβαντικός επεξεργαστής που θα βασίζεται σε συστήματα πολλών φωτονίων.
Ωστόσο, τα τεχνικά προβλήματα που μένει να αντιμετωπισθούν δεν είναι λίγα. Πέραν της ανάγκης να σχεδιαστούν, εκτός από τους κβαντικούς επεξεργαστές και τις αντίστοιχες μνήμες, κατάλληλες μονάδες εισόδου-εξόδου των δεδομένων, το βασικό πρόβλημα έγκειται στην πολύ μεγάλη ευαισθησία των κβαντικών υπολογιστών στο εξωτερικό περιβάλλον, καθώς η παραμικρή διαταραχή θερμοκρασίας, πίεσης κ. λπ. μπορεί να προκαλέσει κατάρρευση της υπολογιστικής διαδικασίας.
Kαθημερινή