"To droga ku komputerom kwantowym. Jeśli powstaną, spowodują spustoszenie" [NOBEL Z FIZYKI]

Nagrodzeni tegorocznym Noblem z fizyki badali kontrolowanie bardzo niestabilnych i delikatnych stanów kwantowych atomów i fotonów. Jeśli będziemy potrafili okiełznać większą liczbę cząstek, stworzymy niewyobrażalnie szybkie komputery. - To jest oczywiście melodia przyszłości, na razie obliczamy zadania na poziomie 2+2 - mówi w TOK FM prof. Krzysztof Meissner. - Komputer kwantowe poczyniłyby spustoszenia - dodaje dr Rafał Demkowicz-Dobrzański.
Laureatami Nagrody Nobla z fizyki zostali Serge Haroche z Francji i David Wineland z USA za badania z dziedziny optyki kwantowej. "Otworzyli drzwi do nowej ery eksperymentów w fizyce kwantowej prezentując bezpośrednią obserwację cząstek kwantowych bez niszczenia ich" - głosi uzasadnienie Komitetu Noblowskiego.

Fizyka kwantowa jest obiektem badań naukowców od ponad stu lat, kiedy to miedzy innymi za sprawa Alberta Einsteina wprowadzone zostało pojecie fotonu - niepodzielnej porcji energii niesionej przez światło. Dziedzina bada m.in. zachowania cząstek elementarnych. To właśnie dla badania praw rządzących fizyką kwantową powstał m.in. słynny Wielki Zderzacz Hadronów.

Chodzi o to, żeby kontrolować przyrodę

Badania naukowców miały doprowadzić do umiejętności złapania pojedynczych atomów lub fotonów i ustawienia ich w stanie kwantowym, tak jak sobie tego zażyczymy. W skrócie: - Chodzi o to, żeby mieć pełną kontrolę nad przyrodą - uśmiecha się dr Rafał Demkowicz-Dobrzański z Wydziału Fizyki UW.

Nagrody niejako się uzupełniają. Badacze robili w zasadzie to samo, tylko z dwóch stron problemu. Haroche dostał nagrodę za to, że potrafił łapać fotony, trzymać je pułapce i kontrolować, "rozmawiać z nimi" wysyłając na nie atomy. Wineland - bo potrafił spułapkować (skupić na małym obszarze) atomy, a potem je oświetlał (światło składa się z fotonów).

Nobel 2012 - John Gurdon i Shinya Yamanaka nagrodzeni za badania nad komórkami macierzystymi >>

Włącz wyobraźnię - atomy w kilku miejscach jednocześnie

Po co nam taka kontrola? - To jest droga ku komputerom kwantowym - tłumaczy w TOK FM prof. Krzysztof Meissner. - Chodzi o sposób radzenia sobie z bardzo złożonymi obliczeniami za pomocą badania stanu mikrocząstek, które są w odpowiednim stanie kwantowym. W ten sposób można ominąć ograniczenia wynikające z sekwencyjnego działania tradycyjnych komputerów - mówi fizyk.

Kluczowe dla sprawy jest to, że stany kwantowe są bardzo dziwne. I tu dochodzimy do wyjątkowości fizyki kwantowej, wymagającej sporej wyobraźni. - Atom może znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie. Albo foton może lecieć w jedną i drugą stronę jednocześnie. Należy to traktować dosłownie - mówi dr Demkowicz-Dobrzański.

Mnóstwo obliczeń jednocześnie

Rzecz w tym, aby te dziwne zachowania wykorzystać. - Dane można sprytnie zapisać w stanach kwantowych atomów. Tak, że dany stan będzie reprezentacją jednej liczby. Coś podobnego do bitów - tłumaczy dr Demkowicz-Dobrzański. Komputery klasyczne wszystkie operacje wykonują po kolei: pobierają dane z pamięci, przetwarzają, zapisują itd. Cała sztuczka polega na tym, że atomy mogą być w kilku stanach jednocześnie. - Czyli reprezentować kilka liczb naraz. Wtedy nasz komputer otrzymuje jednocześnie wiele danych i może wykonywać jednocześnie wiele obliczeń - opowiada dr Demkowicz-Dobrzański. To oznaczałoby dramatyczne przyspieszenie obliczeń

Co stoi na przeszkodzie?

Na przeszkodzie takim obliczeniom stoi niestabilność stanów kwantowych. Wyobraźmy sobie pudełko, w którym ułożone są cząstki elementarne, jak protony, elektrony, fotony. Kłopot polega na tym, że ułożony przez nas stan tych cząstek bardzo szybko ulega tzw. dekoherencji. - Czyli traci wiadomość o fazie. Przestaje "pamiętać", niszczy się. Przestaje pamiętać o swoich poszczególnych składnikach, które chcielibyśmy trzymać nienaruszone, żeby wykonać na nich operację i z powrotem zmierzyć - tłumaczy fizyk. - Po prostu staje się bezużyteczny dla obliczeń - mówi. Dlaczego tak się dzieje? Cząstki zwyczajnie oddziaływają między sobą i między "pudełkiem".

Cały problem w delikatności stanów kwantowych

Serge Haroche chciał ten problem ominąć. Badał jak ograniczyć zjawisko dekoherencji, czyli jak najdłużej utrzymać stan kwantowy nienaruszony.

Jest jeszcze drugi problem - sprawa odczytania stanu. - Jest takie twierdzenie w mechanice kwantowej: żeby odczytać stan, to trzeba go zniszczyć. Niszczymy stan, ale inny obiekt ten stan przejmuje - tłumaczy Meissner. - Natomiast oni wymyślili sposób, by poprzez superpozycję atomów i światła odczytać ten stan, niszcząc go jedynie w minimalny sposób - mówi fizyk.

Jeśli więc jesteśmy w stanie odczytywać stan, bez nadmiernej ingerencji, możemy na nim wykonać następną i następną operację.

Komputery kwantowe będą siały spustoszenie

- To jest oczywiście melodia przyszłości, bo na razie kwantowo obliczamy zadania na poziomie 2+2. Ale potencjalnie może to umożliwić rozwiązanie problemów, które dziś nawet sobie trudno wyobrazić - przewiduje prof. Meissner. A już na pewno trudno sobie wyobrazić, żeby zostały rozwiązane dzięki - nawet najszybszym - tradycyjnym komputerom.

- Obecnie możemy kontrolować 15 atomów. Aby móc wykonywać operacje szybciej niż tradycyjny komputer, potrzebujemy mieć kontrolę nad co najmniej tysiącem atomów. To wyzwanie technologiczne - tłumaczy dr Demkowicz-Dobrzański. - Do tej pory drepczemy w miejscu, ale gdyby to się udało, komputery kwantowe poczyniłyby spustoszenia. Byłyby w stanie złamać najczęściej dziś stosowane bariery kryptograficzne. Musielibyśmy wszyscy przejść do szyfrowania kwantowego, tzw. kryptografii kwantowej - przewiduje dr Demkowicz.

W ramach Siódmego Programu Ramowego Unii Europejskiej w badania zaangażowany jest między innymi Uniwersytet Warszawski. - Projekt SIQS (Simulators and Interfaces with Quantum Systems) dotyczy technologii związanych z atomami i fotonami, z tzw. kwantową inżynierią. Jednym z uczestników projektu jest Haroche. Możemy być z tego dumni - cieszy się fizyk.

Dostęp Premium TOK FM

Komentarze (62)
"To droga ku komputerom kwantowym. Jeśli powstaną, spowodują spustoszenie" [NOBEL Z FIZYKI]
Zaloguj się
  • fizyk111

    Oceniono 128 razy 104

    Pani Karolino,
    Fizyk nie jest w stanie tego artykułu doczytać do końca a laik nie jest w stanie nic zrozumieć.
    Żeby pisać o nagrodzie nobla z fizyki, trzeba mieć o niej jakieś pojęcie a nie tylko operując
    infantylnym słownictwem i bez zrozumienia przytaczać słowa wybitnych fizyków.

    Żeby nie być gołosłownym, krótka analiza jednego akapitu:
    "Fizyka kwantowa jest obiektem badań naukowców od czasu teorii względności Alberta Einsteina. Bada m.in. zachowania cząstek elementarnych. To właśnie dla badania praw rządzących fizyką kwantową powstał m.in. słynny Wielki Zderzacz Hadronów w Genewie."
    Sugerowanie jakoby Albert Einstain miał coś wspólnego z mechaniką kwantową jest absolutnym kuriozum. Słynne jego powiedzenie "Bóg nie gra w kości" dotyczyło właśnie fizyki kwantowej i było manifestem niezgody na taką interpretację rzeczywistości.
    Wielki Zderzacz Hadronów nie znajduje się w Genewie i i nie służu do " badania praw" - zasadniczo miał potwierdzić (lub obalić) tzw. "model standardowy cząstek elementarnych". Z fizyką kwantową w rozumieniu tegorocznej nagrody Nobla nie ma on jednak nic wspólnego.

    No a dalej to jest już tylko gorzej.

  • monoekann

    Oceniono 54 razy 50

    oj Kochani dziennikarze. To nie pudelek, albo piszemy z sensem, albo piszemy notki w stylu 'prof ten i ten dostal nobla, jest to krok ku komputerom kwantowym' koniec i kropka. a nie takie kwiatki nam sie rodza...

  • maarciin83

    Oceniono 40 razy 40

    Interesują się fizyką kwantową troszkę. Bardziej od strony informatyki.
    Zainspirował mnie do fizyki kwantowej tzw problem Deutscha.
    W skrócie przekładając to na język potoczny: mamy dwie karty: wiadomo karty mają kolory czerwony lub czarny. Pytanie ile trzeba z tych dwóch kart odkryć, żeby stwierdzić czy są tego samego koloru czy innego ? Odpowiedź wydaję się jednoznaczna, trzeba odkryć dwie kart. Natomiast fizyka kwantowa to czysta magia bo wystarczy odkryć jedną kartę, żeby się przekonać czy obie są tego samego koloru czy innego. Generalnie obliczeń trochę jest, żeby to dowieść, więc nie będę się rozpisywał.
    Ogólnie to informatyka klasyczna to są bity, albo zero albo jeden. Można to sobie wyobrazić na przykładzie monety, albo mamy reszkę(0), albo mamy orła(1). Zakładamy, że moneta ma tak cienki kant, że zawsze spadnie na reszkę albo orła. I tu wydawać by się mogło, że taka moneta to idealny przykład informatyki klasycznej i tylko niej, a okazuje się, że ta moneta to też idealny przykład informatyki kwantowej. Wystarczy ruszyć wyobraźnią, moneta wcale nie musi leżeć na stole, można ją trzymać w rękach w powietrzu, obracać dowolnie, stanów mam nieskończenie wiele, i taka moneta w powietrzu to jest właśnie kwintesencja fizyki kwantowej. Stan jest jej niestabilny bo ciężko ją trzymać w powietrzu w tym samym miejscu, żeby sprawdzić, można puścić ją na płaską powierzchnię, widzimy wtedy czy reszka czy orzeł(zakładamy, że prawdopodobieństwo tego co wypadnie zależy od kąta nachylenia w powietrzu), to się nazywa właśnie sprawdzanie stanu kwantowego.

  • tajlerdarden

    Oceniono 27 razy 21

    To nie komputery zrobią spustoszenie, tylko ludzie za pomocą komputerów.

  • marych

    Oceniono 18 razy 16

    brawo! dotąd myślałem, że tylko kot może być jednocześnie żywy i martwy...

  • annx78

    Oceniono 18 razy 8

    "Atom może znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie. Albo foton może lecieć w jedną i drugą stronę jednocześnie. Należy to traktować dosłownie" - OMG!! preselekcja pozycji i ruch falowy.. albo Einstein przewraca sie w grobie..

  • mer-llink

    Oceniono 10 razy 4

    Łopanie, co za pseudonaukowy bełkocik!!!

    I fizycy, ktorzy rozumuja tak, jak zsotalo opisane w tym artykule, dostali Nobla? Rzeczywiscie???
    Musiało Komitet Noblowski troche zmroczyć....

    P.S. Poza tym tekst jest napisany fatalną polszczyzną, n.p. : '... komputery kwantowe poczyniłyby spustoszenia, bo byliby w stanie złamać ..".

  • marcelina112

    Oceniono 3 razy 3

    Kupując jeden komputer kwantowy będę miała dwa, bo będą w dwóch miejscach rówocześnie? Fajna promocja!

Aby ocenić zaloguj się lub zarejestrujX