RASTKO VUKOVIĆ: Kusur kvantnog računa

rastko vuković redukcija talasnog paketa

Klasični kompjuter nastao je na matematičkoj logici, teoriji informacije i tehnologijama električne struje.

Od drevnih Grka znamo za apsolutno tačne iskaze, a odnedavno umemo i da ih „izračunavamo“. Zatim je tu otkriće da „tačno“ i „netačno“ možemo zameniti binarnim ciframa (binary digit) – 1 i 0 – bitima informacije, pa onda i tehničkim rešenjima „ima struje“ i „nema struje“. Tako su mikročipovi postali mozak kompjutera načinjen od gusto integrisanih kola koja simuliraju operacije algebre logike.

Uporedo sa tim razvojem išao je tokom 20. veka i razvoj kvantne fizike. On je takođe zasnovan na matematici, ali na algebri vektora. Vektori su tamo kvantna stanja, odnosno superpozicije mogućnosti, koje možemo nazivati raspodelama verovatnoća. Pojave fizike za koje važe zakoni održanja simetrične su (teorema Eme Neter) i kvantovane (jer konačni skupovi ne mogu biti svoji pravi potskupovi za razliku od beskonačnih), a takve su i fizičke informacije. Zato informacije mogu putovati skoro bez gubitaka i uvek su diskretne.

Sa stanovišta načelnog škrtarenja emisijama informacije gubici će biti još manji ako ih prenosimo u obliku neizvesnosti, kao neizjašnjene ishode kakve dominiraju mikrosvetom. To su ti vektori, nizovi koji definišu verovatnoće realizacije pojedinih mogućnosti kvantnih stanja koja su zbog konačne deljivosti informacije uvek neke čestice.

Od matetematičkih stavova, njihovih dokaza, pa do pravnih paragrafa i političkih izjava, svi oblici saopštenja su u porcijama, u koracima, a takve su i obrade informacije u kompjuterima, klasičnim i kvantnim. Sa druge strane, zato što su raspodele, vektori kvantnih stanja su jedinične norme (dužine), a onda su takvi i operatori koji ih preslikavaju (unitarni).

Simetrija kvantnih procesa znači neku stabilnost, promenu stanja u sebi slično (svojstveno), ali i reverzibilnost, osobinu da se kopiranjem ne gubi prethodna informacija. Najpoznatiji kvantni operatori su Adamardova i Paulijeve matrice i potraga za njihovim konkretnim reprezentacijama postaje dnevni posao mnogih fizičara u svetu.

Dakle, umesto klasičnih električnih kola za protok pojedinih bita, kvantni procesor sadrži kvantne kapije (gates). One obično preslikavaju dvokomponentne vektore, kjubite (qubit) informacije, a zato što je fizička informacija uvek istinita stvar (ne može se desiti ono što bismo mogli dokazati da se ne može desiti) i zbog preferiranja neizvesnosti ispred izjašnjavanja, to je prirodniji način. Druga priča je potrošnja energije.

Promena neizvesnosti u izvesnost, emisija aktivne informacije iz pasivne neko je dejstvo (proizvod promene energije i proteklog vremena). Otuda izvodim princip najmanjeg dejstva poznat u fizici, što sada proizilazi iz principa minimalizma (informacije), koji opet dolazi iz saznanja da su verovatniji događaji manje informativni i da su zato češći.

Zamalo isto primetio je i Landauer 1961. godine. On je isticao da je poništavanje informacije rasipnički proces, jer će brisanje nekog zapisa u molekuli na nekoj poziciji termodinamičkog raspoređivanja promeniti entropiju rasporeda. Ako se proces odvija na datoj temperaturi, proizvod temperature i promene entropije je rad, pa je Landauer zaključio da za promenu informacije neko mora da plati energetski račun.

Da energetski račun kvantnih kompjutera može biti daleko skuplji od klasičnih, videćemo iz sledeća dva primera.

Zamislimo neku za nas „crnu kutiju“ koja transformiše svaki od dva signala, 1 ili 0, u neki od ta dva signala. Klasični kompjuter ustanoviće šta „kutija“ radi sa dva prolaza, posebno slikajući „kutijom“ nulu i posebno jedinicu. Međutim, kvantnom je dovoljna jedna kopija, jer on ne preslikava bit po bit, nego kjubit (oba bita odjednom). Pa i nema neke razlike, rekli biste, da nije sledećeg primera.

Da ispita složeniju „crnu kutiju“ sa sto ulaznih kjubita koji čine sto množenih dvojki varijacija bita, što je broj dekadno pisan sa oko 30 cifara, klasičnom kompjuteru trebaju milijarde godina, čak i ako bi po prolazu trošio samo milioniti deo sekunde. Kvantni kompjuter bi taj posao uradio začas, u samo sto prolaza.

Sve ono što može izračunati kvantni kompjuter može i klasični, samo ako ima dovoljno vremena i memorije. Ono što su nekada radile elektronske lampe, tranzistori, pa integralna kola bila je ta formalnost koju dalje menjamo reprezentacijama Adamardove kapije, Paulijevih matrica i drugih novijih iz teorije i prakse kvantne fizike. Dobijamo poznato, ali sa zastrašujućim razlikama u mogućnostima, sa fantastičnim prednostima i novim teškoćama.

Energetski račun je toliko puta veći koliko i temperatura na kojoj se proces odvija, pa kvantne kompjutere treba hladiti do apsolutne nule. Niska temperatura u kontrastu sa okolinom pojačava efekat principa informacije i, prema tome, smanjuje šum okoline, ali hlađenje košta i tepsija postaje skuplja kada pita pojeftini.

Razlike su i u vrsti rezultata. Kvantno računanje nije više jasan deterministički proces, ono je preslikavanje superpozicija opcija, raspodela verovatnoća, pa ponavljanje neće davati iste rezultate nego slične čak i kada zakon velikih brojeva bude činio kvantni račun veoma „egzaktnim“, u onim najkomplikovanijim situacijama zbog kojih je pravljen.

Sa kvantnim kompjuterom čovek konačno dobija intelektualno superiornijeg sebi, mašinu sposobnu da razmišlja prirodno, na način svojih graditelja.

POSTAVI ODGOVOR

Unesite komentar
Unesite ime