Next: Reference
Up: qc
Previous: NMR
  Obsah
V předchozích kapitolách jsme si představili základní elementy, ze kterých
by měl být budoucí kvantový počítač sestaven a principy, na nichž
by měl být takový počítač založen. Přestože se zdá, že současné technologické
problémy zatím nedovolují plně rozvinout potenciál kvantové informatiky,
je možné s nadějí prohlásit, že budoucnost kvantových počítačů vypadá slibně.
Je vhodné se zde zmínit o konferenci Hot Chips konané v Palo Altu
v polovině roku 2000 věnované vývoji v oblasti procesorů. IBM tady představila
práci Isaaca Chuanga a jeho skupiny, která od 80.let pracuje v oblasti
kvantové informatiky. Na konferenci uvedla jejich 5-qubitový počítač,
který pracoval na frekvenci 215 Hz a byl
použit pro hledání periody funkce z nám známého Shorova algoritmu.
Můžeme se jen domýšlet, jaké principy budou u budoucích
kvantových počítačů využity. Nadějně v tomto směru vzhlíží nedávno (2000)
objevený efekt tzv. kvantového přízraku (quantum mirage), při němž
je na měděné destičce umístěno ve tvaru elipsy 36 atomů kobaltu tvořících
tzv. kvantovou hradbu (quantum corral). Tato hradba působí na
elektronová mračna v destičce mědi uvnitř elipsy atomů kobaltu.
Když byl do jednoho ohniska elipsy umístěn další atom kobaltu,
začal interagovat s vlnami elektronů v destičce. Stejně ale elektrony působily
na okolí v druhém ohnisku elipsy a vytvářely tam jakousi kopii (přízrak)
atomu kobaltu o třetinové intenzitě, přestože tam žádný nebyl předtím umístěn.
Není si obtížné přestavit, že tento efekt může mít v principu vliv
na přenos informace mezi dvěma místy (například v kvantovém procesoru).
Kvantová informatika však pro některé její aplikace nutně nevyžaduje existenci
kvantového počítače. Oblasti kvantové teleportace nebo kvantové kryptografie
jsou oddělenými částmi kvantové informatiky, které nejsou přímo závislé na
existenci kvantového počítače a které lze realizovat současnými
technologiemi. Proto se s některými jejich praktickými realizacemi můžeme
setkat již dnes. Tento fakt dokládá i následující schéma, které ukazuje,
jakým způsobem jsou jednotlivé teoretické oblasti vzájemně provázány.
Je zřejmé, že uskutečnění vize o prakticky použitelném kvantovém algoritmu
je svázáno s existencí kvantového počítače. Jeho konstrukce je zatím
za hranicí současného technického rozvoje. Je téměř jisté, že první
použitelné kvantové počítače budou úzce zaměřeny pouze na jednu konkrétní
aplikaci. Sen o univerzálním kvantovém počítači pracujícím neomezeně
dlouho se zdá být v tuto chvíli utopií. Hlavním hlediskem stojícím proti
univerzálnosti je jev dekoherence, která časově omezuje použitelnost
kvantového počítače při výpočtu.
V nejistotě se rovněž nacházíme při pokusu o odhad časového horizontu příchodu
aplikace, která by rozhodujícím způsobem ohrozila z dnešního pohledu bezpečná
kryptoschémata. Pokud ale vezmeme v úvahu, jakého pokroku dosáhla kvantová
informatika za posledních několik let (viz tabulka), vypadá budoucnost poměrně
optimisticky.
1982: Richard Feynman - navrhl použití kvantových systémů k výpočtům |
1984: Charles Bennett a Gilles Brassard - komunikační protokol BB84 |
1985: David Deutsch - kvantový Turingův stroj |
1994: Peter Shor - faktorizační algoritmus |
1995: poslána zpráva kvantovým kanálem |
1996: Lov Grover - vyhledávací algoritmus |
1996: Peter Shor a Andrew Steane - kvantová oprava chyb možná |
1997: uskutečněna kvantová teleportace |
1999: Richard Huges - iontové pasti s desítkami qubitů |
2000: v Los Alamos byl vytvořen 7-qubitový NMR počítač |
2000: společnost IBM ohlásila vytvoření 5-qubitového NMR počítače |
|
Vidíme, že v poslední době se zájem ubírá k implementaci kvantových
systémů pomocí metody NMR, která se zdá být z technologického hlediska
schůdnější než jiné techniky. V tomto smyslu se nedávají velké naděje
implementaci pomocí iontových pastí.
V kvantové informatice se dnes také setkáváme s různými kombinacemi a
vylepšeními základních návrhů, o nichž byla řeč. Například klasická
kryptografie veřejného klíče je existencí Shorova faktorizačního algoritmu
jistě ohrožena. Již dnes se ale v rámci kvantové kryptografie veřejného
klíče hledají vhodní kandidáti pro kvantově-jednosměrné funkce se zadními vrátky
(které jsou jedním směrem klasicky schůdné, kdežto opačným nikoliv), které by
nebyly silou kvantových počítačů napadnutelné. Je zřejmé, že problém nalezení
takové funkce (a ověření, že se opravdu jedná o požadovanou funkci) je sám o
sobě obtížný. Vylepšení se rovněž dočkal komunikační protokol BB84 v podobě
verze B92 a později L99 (který vymyslel Hoi-Kwong Lo), z nichž druhý však
vyžaduje, aby měly obě komunikační strany kvantový počítač.
Zajímavou oblastí ke studiu
je také otázka využití kvantových počítačů k simulaci kvantových systémů,
případně k ověřování fyzikálních teorií. Například simulace současných teorií
sjednocujících fyzikální interakce by mohla vést k pozoruhodným závěrům.
V případě platnosti teorie a její neefektivní simulace kvantovým počítačem
by se jako závěr nabízela otázka, zda je kvantový počítač opravdovou
hranicí výpočetních možností v přírodě nebo ne. Zatím na tyto a podobné
otázky nedovedeme s jistotou odpovědět, ale máme dnes jistě dobrou naději,
že se tak v budoucnu, s existencí kvantových počítačů a trochou štěstí, stane.
Next: Reference
Up: qc
Previous: NMR
  Obsah
Bashar
2001-01-23