Kvantumszámítógép
A kvantumszámítógép egy modell arra, hogyan lehet számítógépet építeni. Az elképzelés szerint a kvantumszámítógépek a kvantummechanika bizonyos jelenségeit - például a szuperpozíciót és az összefonódást - felhasználhatják az adatokkal végzett műveletek elvégzésére. A kvantumszámítás alapelve az, hogy a kvantumtulajdonságok felhasználhatók az adatok reprezentálására és az azokon végzett műveletek végrehajtására. Ennek elméleti modellje a Turing-kvantumgép, más néven univerzális kvantumszámítógép.
A kvantumszámítástechnika ötlete még mindig nagyon új. Kísérleteket már végeztek. Ezekben nagyon kis számú műveletet végeztek qubitekkel (kvantumbit). Mind a gyakorlati, mind az elméleti kutatások nagy érdeklődéssel folynak, és számos nemzeti kormányzati és katonai finanszírozási ügynökség támogatja a kvantumszámítástechnikai kutatásokat, hogy kvantumszámítógépeket fejlesszenek ki polgári és katonai célokra, például kriptoanalízisre.
A mai számítógépek, az úgynevezett "klasszikus" számítógépek binárisan tárolják az információt; minden bit vagy be van kapcsolva, vagy ki van kapcsolva. A kvantumszámítások qubiteket használnak, amelyek amellett, hogy be- vagy kikapcsolhatók, mindaddig, amíg nem történik mérés, egyszerre lehetnek be- és kikapcsolt állapotban is, ami a szuperpozíció leírásának egyik módja. Egy normál számítógépen egy adat állapota bizonyossággal ismert, a kvantumszámítás azonban valószínűségeket használ. Eddig csak nagyon egyszerű kvantumszámítógépeket építettek, bár nagyobb konstrukciókat is feltaláltak már. A kvantumszámítás a fizika egy speciális típusát, a kvantumfizikát használja.
Ha sikerül nagyméretű kvantumszámítógépeket építeni, akkor ezek sokkal gyorsabban képesek lesznek megoldani bizonyos problémákat, mint bármely ma létező számítógép (például a Shor algoritmus). A kvantumszámítógépek különböznek más számítógépektől, például a DNS-számítógépektől és a hagyományos, tranzisztorokon alapuló számítógépektől. Egyes számítástechnikai architektúrák, például az optikai számítógépek az elektromágneses hullámok klasszikus szuperpozícióját használhatják. Az olyan kvantummechanikai erőforrások nélkül, mint az összefonódás, az emberek úgy gondolják, hogy a klasszikus számítógépekkel szembeni exponenciális előny nem lehetséges. A kvantumszámítógépek nem képesek olyan funkciókat végrehajtani, amelyek elméletileg nem számíthatóak klasszikus számítógépekkel, más szóval nem változtatják meg a Church-Turing-tézist. Sok mindent azonban sokkal gyorsabban és hatékonyabban tudnának elvégezni.
A Bloch-gömb a kvantumszámítógépek alapvető építőelemének, a qubitnak az ábrázolása.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a kvantumszámítógép?
V: A kvantumszámítógép egy olyan számítógép építésének modellje, amely a kvantummechanika bizonyos elképzeléseit, például a szuperpozíciót és az összefonódást használja az adatokkal végzett műveletek elvégzésére.
K: Miben különbözik a klasszikus számítógépektől?
V: A klasszikus számítógépek az információt binárisan tárolják; minden bit vagy be van kapcsolva, vagy ki van kapcsolva. A kvantumszámítás qubiteket használ, amelyek egy mérésig ki- és bekapcsolva is lehetnek. Egy normál számítógépen egy adat állapota bizonyossággal ismert, a kvantumszámítás azonban valószínűségeket használ.
K: Milyen lehetséges alkalmazási területei vannak a kvantumszámítógépeknek?
V: A lehetséges alkalmazások közé tartozik a kriptoanalízis (kódok feltörése) és a problémák megoldása sokkal gyorsabban, mint bármely jelenlegi számítógép (például a Shor algoritmus).
K: Vannak más típusú számítógépek is a kvantumszámítógépeken kívül?
V: Igen, léteznek más típusú számítógépek is, például DNS-számítógépek és hagyományos tranzisztoralapú számítógépek. Egyes számítási architektúrák, például az optikai számítógépek is használhatják az elektromágneses hullámok klasszikus szuperpozícióját.
K: A Church-Turing-tézis vonatkozik a kvantumszámítógépekre?
V: Igen, a kvantumszámítógépek nem képesek olyan funkciókat végrehajtani, amelyek elméletileg nem számíthatóak klasszikus számítógépekkel; ezek nem változtatják meg a Church-Turing-tézist. Azonban sok mindent sokkal gyorsabban és hatékonyabban tudnának elvégezni, mint a klasszikus gépek.
K: Megvalósult már a nagyméretű kvantumszámítógépek használata?
V: Nem, eddig csak nagyon egyszerű kísérleteket végeztek qubitekkel (kvantumbitekkel), bár nagyobb konstrukciókat már feltaláltak. A gyakorlati és elméleti kutatások továbbra is nagy érdeklődéssel folynak a nagyméretű kvantumszámítási képességek kifejlesztése érdekében polgári és katonai célokra.
