Co to jest komputer kwantowy?
Komputer kwantowy to dowolne urządzenie wykorzystujące zjawiska mechaniki kwantowej do uruchamiania algorytmów. Ponieważ komputery kwantowe mają zasadniczo inne właściwości obliczeniowe niż komputery konwencjonalne, dane przechowywane w komputerach kwantowych nazywane są raczej kubitami niż bitami. W konwencjonalnych komputerach dane są reprezentowane przez mikroskopijne rowki na dysku twardym. W komputerze kwantowym dane są reprezentowane przez właściwości kwantowe danej cząsteczki lub zestawu cząsteczek.
Zamiast wykonywać obliczenia, pobierając dane z dysku twardego i przetwarzając je za pomocą układu scalonego wypełnionego bramkami logicznymi, komputery kwantowe przetwarzają dane poprzez bombardowanie cząsteczki zawierającej informacje krótkimi impulsami promieniowania. Każdy cykl bombardowania reprezentuje działanie algorytmiczne na danych zawartych w cząsteczce. Po zakończeniu algorytmu mierzony jest stan kwantowy cząsteczki, co samo w sobie wpływa na wynik końcowy. Wynika to z zasadniczo niepewnej natury mechaniki kwantowej.
Aby obejść tę trudność, kwantowe algorytmy obliczeniowe są uruchamiane wiele razy, a średnia ważona danych wyjściowych asymptotycznie zbliża się do poprawnej odpowiedzi. Ponieważ zjawiska mechaniki kwantowej są z natury bardziej probabilistyczne niż deterministyczne, dobrze określona odpowiedź za pierwszym razem nie jest możliwa.
Komputery kwantowe mają pewne możliwości, których brakuje klasycznym komputerom. Obliczenia kwantowe umożliwiają szybkie rozkładanie dużych liczb (wyraźne zagrożenie dla konwencjonalnych technik kryptograficznych), dokładniejszą symulację zjawisk kwantowych i bardzo wydajne wyszukiwanie w bazie danych.
Dla każdej przestrzeni wyszukiwania o rozmiarach n węzłów, gdzie każdy węzeł reprezentuje możliwe rozwiązanie problemu, istnieje tylko jedno możliwe rozwiązanie i każdy węzeł musi być sprawdzany indywidualnie pod kątem właściwości odpowiadających prawidłowemu rozwiązaniu, obliczenia kwantowe oferują fantastyczne przyspieszenie. W konwencjonalnych komputerach średni czas wyszukiwania to czas potrzebny do sprawdzenia każdego węzła razy liczba węzłów ( n ) podzielona przez dwa (prawdopodobne jest, że rozwiązanie zostanie znalezione mniej więcej w połowie wyszukiwania). W komputerach kwantowych średni czas wyszukiwania to czas potrzebny do sprawdzenia każdego węzła razy pierwiastek kwadratowy z n . Daje to ogromną przewagę, która staje się bardziej imponująca, gdy rozważamy większe problemy.
Nie można jeszcze wyobrazić sobie wszystkich zastosowań dojrzałych komputerów kwantowych. Największa liczba kubitów kiedykolwiek zawartych w jednym systemie obliczeń kwantowych to 7. Ponieważ badania w dziedzinie obliczeń kwantowych trwają szybko i pochłaniają wiele milionów dolarów, będzie to tylko kwestia czasu, aż nastąpi krytyczny przełom i wymyślenie imponujących aplikacji.