ABSURDNÍ VÝPOČTY

Odborníci usilují o sestavení kvantového počítače

Běžný počítač skladuje informace v jednotkách, kterým se říká bity. Ty mají buď jedničkovou, nebo nulovou hodnotu, která je obvykle vyjádřena vyšším nebo nižším elektrickým napětím či proudem. I do odvětví počítačů však před šesti lety vstoupila kvantová mechanika. Ke skladování informací využívá zatím jen teoretický kvantový počítač subelementárních částic. Docela velké číslo. Řekněme, že elektron v atomu vodíku může být ve vysokém stavu energie. Avšak ve zvláštním světě kvantové fyziky není stav energie v elektronu prostě jen vysoký nebo nízký, ale měřený kombinací obojího ve stejné chvíli. Tomu fyzikové říkají superpozice částic. Kvantový bit tak ve výsledku obsahuje v jistém smyslu více informací než jeho klasický protějšek. Důležitější je, že s narůstajícím počtem kvantových bitů exponenciálně narůstá množství informací potřebných k jejich vyjádření. Jelikož tedy každý elektron se může nacházet v jednom ze dvou stavů, systém složený ze dvou stovek vodíkových atomů bude v jednom z 2200 stavů. Kvantová teorie však říká, že tento systém bude v každém momentu v superpozici každé z 2200 možností. Jelikož 2200 je obrovské číslo, mnohem vyšší než odhadovaný počet částic v celém vesmíru, vědci se ptají, jak vesmír dokáže zvládat své vlastní přirozené procesy. Jelikož to však možné je, existuje obrovský potenciál pro výpočetní sílu. „Při malém systému dvou stovek atomů je to, jako by příroda měla na zdi přilepených 2200 poznámkových papírků a na každém z nich napsané jiné číslo, říká Umesh Vazirani, profesor počítačové vědy z Kalifornské univerzity v Berkeley. Do tohoto obrovského skladiště informací je však velice těžké proniknout. Podle teorie kvantové mechaniky navíc vědci nemohou elektron prozkoumat, aniž by narušili jeho jemnou superpozici a převrátili jej do jednoho ze dvou běžných stavů. Motivací při sestavování kvantových algoritmů určených k řešení problémů je využít tuto obrovskou a skrytou sílu ke zpracování informací i přesto, že nikdy nebude využita celá. Výzkumný boom. Peter Shor, výzkumník z laboratoří americké telekomunikační společnosti AT&T, způsobil před šesti lety malou revoluci. Tehdy zveřejnil návrh, jak by počítač pracující na principu kvantové mechaniky mohl rozluštit šifrovací kódy, které chrání informace přenášené v internetu. Od té doby se nejlepší výzkumníci z celého světa spojují, přičemž doufají, že se jim jednou podaří využít sílu zvláštních pravidel, podle kterých funguje submikroskopický svět atomu. Chtějí prostě sestavit kvantový počítač. Vládní i podnikové laboratoře zřizují skupiny, které se snaží převést kvantovou mechaniku do počítačového světa. Mezi nimi figurují společnosti jako Microsoft, IBM nebo laboratoře AT&T. Amesovo výzkumné středisko Americké agentury pro letectví a vesmír (NASA) či společnost Hewlett Packard o vytvoření podobných skupin uvažují. V New Yorku už dokonce vznikla firma MagicQ Technologies, která své podnikání postavila právě na kvantových počítačích. Její představitelé už oznámili, že chtějí vytvořit „kvantový internet . Výzkumný ústav matematických věd uspořádal v únoru v New Yorku týdenní konferenci výzkumníků z univerzit a podnikových laboratoří, kteří jednali o možnostech tohoto nového oboru. Pozornost se podle amerického deníku The New York Times zaměřila především na algoritmy, s jejichž pomocí by bylo možné rychle řešit problémy, které klasické počítače vyřešit neumějí. Dalším tématem bylo pochopení limitů výpočetní síly kvantových počítačů a různé přístupy k sestavení skutečných přístupů a metod pro korekci chyb při jejich fungování. Účastníci konference sice oslavovali technologický pokrok, který byl před několika lety ještě nepředstavitelný, avšak přiznávali, že stále ještě nerozumí potenciálu ani limitům technologie. Daleko je i k sestavení kvantového počítače. Někteří výzkumníci na konferenci uvedli, že je na tomto oboru neláká představa kvantového počítače na každém stole, ale vnímají jej jako bránu k lepšímu poznání absurdního světa kvantové fyziky. Líheň algoritmů. Doktor Shor ve svém vystoupení řekl, že i přes svůj obrovský potenciál nebudou kvantové počítače nutně řešit všechny úkoly rychleji než počítače klasické. Dokonce dodal, že kvantový počítač bude zřejmě provádět každou operaci pomaleji než počítač běžný. V některých případech se výzkumníkům podařilo najít metodu využití tohoto velkého množství uložených informací k získání odpovědi jen v několika krocích, metodě neproveditelné na běžném počítači, čímž by kvantový počítač výpočty urychlil. Příkladem může být Shorův algoritmus pro rozkládání čísel na prvočísla, proces, který umožňuje rozluštění kódů, a algoritmus Lova Grovera, výzkumníka z Bellových laboratoří, který umožňuje prohledávat velice specializované druhy databází. Mnoho výzkumníků se snaží najít kvantové algoritmy pro řešení dalších problémů, které se nyní zdají být pro běžnou výpočetní techniku neřešitelné. Další vědci pracují na kvantových šifrovacích schématech, která by nahradila klíče současné v případě, že bude opravdu sestrojen kvantový počítač.