A számológéptől a számítógépekig, a Colossustól a kubitekig
A kvantumszámítógép ma már nem sci-fibe illő téma. A szakterület úttörő fizikusai csak karnyújtásnyira vannak egy új kvantumuniverzum feltárásától, amelyik pontosabb képet ad a valóságról, mint amilyet a hétköznapi tapasztalataink és a józan eszünk valaha is adhatott. A számítástechnika világát feje tetejére állítja a kvantumszámítógép, amely olyan elektronokkal, fotonokkal vagy atomokkal dolgozik, amelyek Schrödinger híres, „egyszerre élő és holt” macskájához hasonlóan, egyszerre két állapotban is létezhetnek.
Erről a fejlődés élvonalába tartozó területről adott lebilincselően érdekes ismertetést John Gribbin. Ebben újragondolja a kvantumvalóság természetéről vallott korábbi felfogását, és most a sok párhuzamos világból álló univerzum mellett érvel, ahol „minden valóságos”. Visszatekint Alan Turing és a klasszikus számítógép születésénél bábáskodó tudósok munkásságára, az Enigma nevű gépre és az első elektronikus számítógépre, a Colossusra. Gribbin elmagyarázza, miként… (tovább)
A kvantumszámítógép ma már nem sci-fibe illő téma. A szakterület úttörő fizikusai csak karnyújtásnyira vannak egy új kvantumuniverzum feltárásától, amelyik pontosabb képet ad a valóságról, mint amilyet a hétköznapi tapasztalataink és a józan eszünk valaha is adhatott. A számítástechnika világát feje tetejére állítja a kvantumszámítógép, amely olyan elektronokkal, fotonokkal vagy atomokkal dolgozik, amelyek Schrödinger híres, „egyszerre élő és holt” macskájához hasonlóan, egyszerre két állapotban is létezhetnek.
Erről a fejlődés élvonalába tartozó területről adott lebilincselően érdekes ismertetést John Gribbin. Ebben újragondolja a kvantumvalóság természetéről vallott korábbi felfogását, és most a sok párhuzamos világból álló univerzum mellett érvel, ahol „minden valóságos”. Visszatekint Alan Turing és a klasszikus számítógép születésénél bábáskodó tudósok munkásságára, az Enigma nevű gépre és az első elektronikus számítógépre, a Colossusra. Gribbin elmagyarázza, miként jutott el a kvantummechanika fejlődése odáig, hogy ma már nemcsak elméletben, de a gyakorlatban is működőképes kvantumszámítógépeket tudunk készíteni. Bemutatja, hogy milyen gyakorlati alkalmazásai lehetnek a kvantumszámítógépeknek, és áttekinti, milyen lehetőségeket kínál ez a rendkívüli tudományterület egy olyan világ teremtésére, ahol a kommunikáció a fénysebességnél gyorsabb, sőt még a teleportáció is lehetséges.
A kvantumfizikát mindig is az egyik legizgalmasabb tudományterületnek tartottam. Az igazság odaát van, odaát, a részecskék valószínűtlen világában, ahol dobozba zárt macskák várják, hogy összeomoljon a hullámfüggvény. Most már nem is akárhány: „Amikor tehát dobozba zárt macskákról beszélünk, akkor nem szabad egyetlen dobozban egyetlen macskára gondolnunk, még csak két párhuzamos világ két dobozába zárt két macskájára sem, hanem megszámlálhatatlanul végtelen sok dobozba zárt megszámlálhatatlanul végtelen sok macskára kell gondolni.” (Mellékes gondolat. Schrödinger, látom nagy a kereslet a macskákra, hogy úgy mondjam fogyóeszköz. Nem akarod összeszedni a kóbor macskákat nálunk? Talán akkor nem lenne összecsinálva mindig a kertünk.)
Mi lehet még a kvantumfizikánál is izgalmasabb egy fejlesztőnek? A kvantumszámítástechnika! John Gribbin ezt a területet mutatja be, méghozzá nagyon profin, olvasmányos, érthető módon. Ilyen az, amikor olyan ember ír ismeretterjesztő könyvet, aki lelkesedik a téma iránt és még érti is.
Az első két fejezetben kapunk egy nagyon érdekes áttekintést a számítógépek történetéről, elsősorban Turingra és Neumannra kihegyezve. Már ezért a két fejezetért megérte elolvasni a könyvet. Aztán ugrunk a kvantumokra, ahol a bevezető rész után (itt felbukkan nagy kedvencem, Feynman is) a legújabb eredményeket is részletezi. Így jutunk el a harmadik részben a kvantumokkal való számolásig. Több irányban zajlik a kutatás a területen, többféle módszerrel próbálnak tartósan működő kvantumszámítógépet létrehozni, a csapdázott ionok használatától a Josephson-effektust kihasználó szupravezető kvantuminterferenciás eszközöktől a kvantumpöttyökig.
Számos technikai nehézség van, de már készítettek olyan kvantumszámítógépet, ami kiszámította 15 törzstényezőit. Mondhatnánk, hogy nem nagy dolog, fejben megoldjuk, de ez csak a kezdet. Amikor számítógépet írok, akkor itt nem az íróasztalon álló gépre kell gondolni… a kérdéses „gép” egy gyűszűnyi folyadék volt, ami milliárdszor milliárd molekulát tartalmazott. Ezek az öt flouratomból és két szénatomból álló molekulák végzik a számítást…
Férfiasan bevallom, hogy az utolsó részben több helyen is elvesztettem a fonalat, küzdeni kellett vele. Sebaj. Ez nem az a könyv, amit egyszer elolvasol és vége… újra és újra elő fogom venni, aztán majd egyre világosabb lesz.
Volt benne sok érdekesség, de nem minden tetszett a könyvben. Pl az első 100 oldal a számítástechnika története annyira nem volt érdekes. A Többi részben pedig túl sok volt a tudósok élettörténete. Felsorol vagy 10 tudóst, és mindnek egy oldalon keresztül részletezi hogy hova járt iskolába és mivel foglalkozott az apukája. A kvantumszámítógépek alapját a CNEM kapu működését kicsit jobban is leírhatta volna, mert programozó létemre nem sikerült megértenem. A párhuzamos világos rész viszont érdekes volt, és jó tudni hogy mennyi kutatás folyik a kvantuumszámítógépekkel kapcsolatban. Nem tudtam hogy már kézzel fogható működő gépek is vannak, még ha csak pár qbitesek is.
Már jobb volt, mint az elôzô könyv, itt most nagyjából a 80%-ig értettem.
A kódfejtésrôl szóló részek voltak a legérdekesebbek, arról szívesen olvastam volna többet is.
Rohamosan közelítünk ahhoz az állapothoz, amikor a számítógépben a ki-be állapotoknak megfelelő kapcsolók állását, vagyis a memóriában és a számításokban a 0 vagy 1 értéket egyetlen elektron viselkedése fogja meghatározni, amelyik egyetlen atomban (vagy atomon) csücsül. Tulajdonképpen 2012-ben, amikor ez a könyv készült, az Új-dél-walesi Egyetem Martin Fueschle vezetésével dolgozó kutatócsoportja bejelentette, hogy egyetlen atomból álló tranzisztort készítette. Ez még csak laboratóriumi eredmény ugyan, de már az első lépést jelenti, hogy az eszköz az okostelefonunkban is megjelenjék. Azt mindenesetre a tudtunkra adja, hogy a Moore-törvény az általunk ismert formájában elérte a lehetőségei határát, egyszerűen azért, mert a miniatűrizálás nem folytatható tovább; nincs az elektronnál kisebb dolog, ami ugyanezt a feladatot ugyanígy elvégezné. Ha a jövőben ugyanebben az irányban folytatódik a fejlődés, akkor annak valamilyen új jelenségen kell alapulnia, például fotonokat kellene használni kapcsolókként, így a számítógépek nem elektronikus, hanem optikai alapon működnének.
Furcsa módon azonban a kísérlet végkimenetele szempontjából elég, ha a két rés közül az egyiket figyeljük, már ez is hatással van az eredményre, mintha csak a másik résen áthaladó elektronnak is tudomására jutna, miben mesterkedünk. Ez példa a kvantumfizikai „nemlokalitásra” (nonlokalitásra). Ez a fogalom azt jelenti, hogy ami az egyik helyen történik, az látszólag azonnal hatással van egy másik helyen történő eseményekre. A nemlokalitás a kvantummechanika legfőbb retélyének kulcsfontosságú eleme, együttal a kvantumszámítógépek létfontosságú kelléke.
Turing Sherborne-ban búcsúajándékként, az iskolai munkája elismeréseképpen egy könyvet kapott, a magyar származású matematikus, Neumann János (John von Neumann) Mathematical Foundations of Quantum Mechanics (A kvantummechanika matematikai alapjai, eredetiben: Matematische Grundlagen der Quantenmechanik) című munkáját.
Néhány héttel később egy osztrák, kanadai, német és norvég fizikusokból álló csoport egy foton tulajdonságait 143 kilométer távolságra teleportálta, a Kanári-szigeteken lévő La Palma Obszervatóriumból a szomszédos szigeten, az Európai Űrügynökség Tenerifén működő, földi állomására.
Mielőtt az ENIAC elkészült volna, tervezői és a gépet megépítő mérnökök új gépet kezdtek tervezni, amelyet EDVAC-nak neveztek el (Electronic Discrete Variable Automatic Computer, elektronikus diszkrét változós automata számítógép). Ez volt az a pillanat, amikor Neumann János felvette a kesztyűt és belevágott a munkába. Lefektette a számítógépek fejlesztését évtizedekre meghatározó irányvonalak alapjait, amelyek hatása még ma is tart.