ORDENAGAILU KUANTIKOA

ZER DAKIGU?

Etorkizuneko ordenagailuak ordenagailu kuantikoak izango dira.

Konputazio kuantikoa fisika kuantikoaren propietateetan oinarritzen da, inguratzen gaituen munduaren behaketa hutsarekin aurreikusi ezin daitezkeenak. Partikula txikienen unibertsoan, ohituta gauden naturako legeek ez dute baliorik, eta, aldiz, kontraintuitibo handiko ezaugarriak agertzen dira, baina liluragarriak: partikulak bi lekutan egon daitezke aldi berean, teletransportatu, modu bakarrean elkar lotu eta, ondorioz, informazioaren erabileraren kontzepzio berri bat ahalbidetu.

Lege horien arabera, inork partikula bat behatzen ez duenean, partikula horrek ez du ezaugarri zehatzik, eta bere propietateen balio guztiak batera aurkez ditzake. Berezitasun bitxi hori ordenagailu kuantikoen eta, beraz, ordenagailu kuantikoen funtzionamenduaren oinarria da. Baina partikulen fisika hain da misteriotsua, zientzialariek nola eraiki, nola funtzionatu eta zein programa exekutatu badakiten arren, oso baldintza bereziak behar direla eta funtzionamenduaren kontrola oraindik lortu gabe dagoela.

Konbentzionalak bezala, ordenagailu kuantikoak problemak ebazteko erabiliko dira: denbora iragartzea edo datu-baseetan bilatzea; baina inoiz ikusi gabeko azkartasun eta zehaztasun baten promesarekin. Baina beste aurrerapen handi bat materiaren egoera kuantikoak simulatzeko aukera izango da. Atomoen edo molekulen arteko elkarrekintzak oso zehatz aztertzeko aukera emango dute, eta horrek egunerokotasunerako sendagai berrien, material berrien eta osagai fisiko berrien ikerketa bizkortzea espero da.

Zertaz ari garen ulertzeko, jarraitu baino lehen, glosario txiki bat behar dugu:

Zertaz ari garen ulertzeko, jarraitu baino lehen, glosario txiki bat behar dugu:

Cúbit o qubit:

Partikula subatomikoetan inspiratuz, elektroietan adibidez, kubita sortu zen. Baldin eta bit-a ordenagailu konbentzionaletako gutxieneko informazio-unitatea bada, unitate hori kuantikoetakoa da. Haien arteko alde nagusia da bitak emaitza bitarrak ematen dituela (0 eta 1), eta kubitak, berriz, mekanika kuantikoaren propietateak aprobetxatuz, bi balioak aldi berean izan ditzakeela (0 eta 1), eta horrek arazoak askoz azkarrago ebazten direla. Horiek sortzeko, laser bidez finkatutako atomoak, ioi-tranpak edo supereroaleen propietateak erabiltzen dira.

Entrelazamiento:

Hau da, hainbat partikularen egoera kuantikoen arteko erlazioa, haien arteko distantzia edozein dela ere. Horrek esan nahi du bi partikula lotuta daudela, eta bati gertatzen zaionak automatikoki eragingo diola besteari, bereizita dauden kontuan hartu gabe. Oraindik ez da ezagutzen zergatik elkarlotze horren zergatia, orain arte, uste orokorra zen pare horiek nahitaez espazioko puntu indibidualetatik datozela, baina East Angliako Unibertsitateko (UEA) ikertzaileek frogatu dute fotoiak (argiaren funtsezko partikulak) modu parekatuan sortzen direnean, leku desberdinetatik sor daitezkeela. Horrek fisika klasikoaren printzipioen aurka egiten badu ere, Erresuma Batuko adituek matematikoki frogatu dute elkartzea ezinbesteko baldintza dela teoria klasikoan edozein muga klasiko existitzeko.

Superposizioak:

Konputazio kuantikoaren oinarria da, partikula bat, behatu arte, aldi berean bi egoeratan dagoelako ideian oinarritua (Schrödingerren adituaren katua bezala, kutxa ireki arte ez zenekiena bizirik edo hilik zegoen, bizirik zein hilik zegoen). Fisikariak gure Unibertsoko errealitatearen izaerari buruz hausnartzeko esperimentu hau asmatu eta hamarkada batzuetara, fisikariak konturatu ziren atomoek katuaren egoera bikien benetako bertsio gisa joka dezaketela. 2005ean, Estatu Batuetako SLAC National Accelerator Laboratoryko talde batek frogatu zuen 6 atomo aldi berean jiratzen zirela ordutegiaren eta ordutegiaren aurka. Duela gutxi, fisikari talde batek atomoak filmatu zituen Schrödingerren katuaren antzeko egoeran sartuz, aldi berean bi egoera ezberdinetan daudenean nola ikusten diren azalduz. Taldeak teknika bat sortu zuen, 0.3rainoko xehetasun txikiak (atomo baten zabalera baino askoz txikiagoak) eta segundu baten milmilioireneko 30 milioi euro bezain laburrak atzemateko. Irudiek katamotz atomiko baten lehen stopmotion filma osatu zuten.

Bi konputazio mota borrokan:

Ordenagailu kuantikoen eredu esperimentalen artean, oinarrizko bi mota bereiz ditzakegu: ioiak eta supereroaleak. Lehenengoa espazioan lebitatzen duten atomoen portaeran oinarritzen da, eta erabat isolatuta egon behar dute (ezin dute inolako molekularekin topo egin) huts-egoeran. Oraingoz, prototipo horiek dira eraginkorrenak eta zehatzenak, eta kubit gehiago dituzte. Gaur egun, ioien ordenagailu kuantiko indartsuena Innsbruckeko (Austria) Optika eta Informazio Kuantikoaren Institutuan dago, eta zortzi ioi manipula ditzake. Ioien ordenagailua gaur egun tresna erabilgarria da ikerketarako, baina ez ditu oknbentzionalak hobetzen zenbatzeko gaitasunean.

Bigarren motakoak direnetan, kubitak supereroaleekin fabrikatuta daude, eta material horietatik erraz igarotzen da elektrizitatea, baina oso egoera berezietan soilik: – 273 ° C inguruko tenperaturaraino hozten dituzten ekipoak behar dituzte (hau da, 0ºK inguru, zero absolutua). Bi modalitateek testuinguru eta baldintza oso espezifikoak eskatzen dituzte.

Ordenagailu kuantikoaren lasterketa:

Ikuspegi teorikotik, laurogeiko hamarkadaren amaieran eta laurogeita hamarreko hamarkadaren hasieran konputazio kuantikoaren funtsezko oinarriak ezarri ziren. 1996an, Peter W. Shorrek orain Shorren algoritmoa bezala ezagutzen dena argitaratu zuen, ezagutzen diren algoritmo klasikoak baino abiadura askoz handiagoko bi lehenen produktua faktorizatzeko aukera ematen duena. Lorpen horrek hilkor soilentzat duen garrantzia da horretan oinarritzen direla gaur egun erabiltzen diren metodo kriptografiko gehienak: teoria da, ordenagailu kuantiko nahikoa handi batekin, norbaitek gure komunikazio guztiak deskriptiba ditzakeela. Eta hori oso erakargarria da militarren eta gobernuen mailan, eta, beraz, ildo horretako ikerketen finantzaketa hazten hasi zen. Baina arazo gehigarri bat zegoen: partikula txikiak edo azpiatomikoak banaka manipulatzeko aukera pentsaezina zen komunikazio mota horretan lehen aldiz pentsatu zenean. Hala ere, 2012an, Serge Haroche eta David J. Winelandek jaso zuten Fisikako Nobel Saria.

Gaur egun, NASAk eta Googlek D-wave (Kanada) konpainian lan egiten dute D-Wave 2x ordenagailuan, konputazio kuantikoak adimen artifizialean eta ikaskuntza automatikoan izan ditzakeen aplikazioak ikertzeko. Kanadako enpresak konputagailu kuantiko berriaren salmenten hasiera iragarri du eta bere sistemaren lehen eroslearen izena jakinarazi du. Lehen D-Wave 2000Q (2000 kubitekoa) segurtasun zibernetikoan espezializatutako Temporal Defense Systems Inc. enpresak erosi zuen. Gailuak mota honetako enpresako konputagailu sorta handitzen du. Aplikazio posibleen artean, optimizazio, zibersegurtasun eta ikaskuntza automatikoko hainbat arazo iragartzen dira.

Lehen D-wave ordenagailuak 16 kubitekoak ziren soilik, harik eta 2015ean NASAk eta Googlek 1000 biteko sistema kuantikoak erosi zituzten arte. Duela gutxi, bi urtean behin informazio-unitateak bikoizteko tradizioarekin jarraituz, enpresak 2.000 kubiteko ordenagailu bat aurkeztu zuen. Prozesadorearen tamaina ez da azazkal batena baino handiagoa, baina, aurreratu dugun bezala, hozte-arazoak eragiten du hiru metroko kalkulagailuaren zatirik handiena hozte-sistemak hartzen duela.

Bestalde, maiatzean aurkeztu zen munduko lehen makina konputazional kuantikoa, konputagailu klasiko edo konbentzional onenetatik haratago doana, Zhejiangeko Unibertsitateko eta Txinako Zientzia eta Teknologia Unibertsitateko ikertzaileek egina. Halaber, IBMk iragarri du 2017a amaitu baino lehen konputazio kuantikoko zerbitzu bat izango duela hodeian. Ordenagailu pertsonala baino hobea izan nahi ez duen arren, garrantzitsua da urrutiko sarbidea duen lehen ordenagailu kuantikoa izatea: edonork erabili ahal izango du etxetik.

Azken aurrerapenak:

Azken aldian, asko dira konputazio kuantikoari aplika dakizkiokeen lorpen zehatzei buruzko informazioak. Hona hemen aipagarrienetako batzuk: 

Kubit berri bat. Hegoaldeko Gales Berriko Unibertsitateko (UNWS, Australia) ingeniariek informazio-unitate horren diseinu berri bat aurkeztu dute, flip-flop sistema batean oinarritua (baskulante moduko zerbait), etorkizunean txip kuantikoen eskala handiko ekoizpena sinplifikatu eta merkatzea agintzen duena. Diseinu honek duen abantaila da atomoak oso posizio zorrotzean jarri beharrik gabe funtzionatzen duela, beste txip batzuekin gertatzen den bezala: atomo horiek ehunka nanometroko distantziara elkarlotuta egotea ahalbidetzen du. Australiako unibertsitateak egindako bideo honek prozesua azaltzen du.

Bario-ioi erradioaktiboak:

Konputagailu kuantikoen prototipoetako kubit mota ezagunenetako bat metalen ioiak dira, laser hoztearen laguntzaz ioien tranpa berezi batean atxikiak. Hala ere, laserrak atxikipenerako behar duen uhin-luzerak bit kuantiko horren eraginkortasuna gutxitzea dakar. Arazo hau konpontzeko, fisikari estatubatuarrek bario isotopo erradioaktiboa erabiltzea proposatu zuten, elementu honen isotopo ezegonkorren ioiak ordenagailu kuantikoetan kubitak bezala erabil daitezkeela frogatu baitzen. Litekeena da laser bidezko hoztearen ondorio izatea, erradiazioa ageriko eremuan erabiliz. Egileek diote teknika berriak konputagailu kuantiko eraginkorragoak sortzen lagunduko duela.

Txip batean sartzen den memoria kuantikoa:

Orain arte, memoria kuantikoko gailuak handiegiak izan dira txip batean jartzeko, aplikazio praktikoetarako ezinbesteko baldintza. Orain, Kaliforniako Institutu Teknologikoko (Caltech, AEB) eta Veronako Unibertsitateko (Italia) ikertzaileek memoria kuantikoko gailu bat eraiki dute, gaur egungo antzeko aparatuak baino 1.000 aldiz txikiagoa, hain txikia, azkenean txip batean instalatu ahal izateko. Gailuak 10 bider 0,7 mikrometroko eremua du, gutxi gorabehera.

Ur azpiko komunikazioa:

Informatika hobetzeaz gain, komunikazio kuantikoa behin betiko enkriptazioa da. Mekanismo horren bidez, zientzialariek dagoeneko informazioa hanteletransportatu dute zuntz optikoaren bidezko distantzia handien bitartez, baita kanpoko espaziotik ere: urte honen hasieran, Txinako ikertzaile-talde bat gai izan zen fenomeno hori lurreko orbitan dagoen satelite bati informazioa teletransportatzeko 500 km-tik gora. Orain, Txinako zientzialariek arrakastaz bidali dute informazioa itsasoko uraren bidez lotutako partikulen artean. Ikertzaileek iragarri dute teknika bera erabili beharko luketela 900 metrora komunikazio egonkorrak bidaltzeko ur irekien bidez, non aplikazio begi-bistakoa urpean egon nahi duen baina modu seguruan komunikatzen den itsaspeko bat izango litzatekeen.