4.1.2. Mecanica Cuantică

Un nume care inspira frica in majoritatea oamenilor datarotita notoriei sale complexitati, dar si a numeroaselor sale ciudatenii. Nu va faceti griji, incat pana si Richard Feynman, castigator al premiului Nobel, a spus: “Daca te gandesti ca intelegi mecanica cuantica, nu intelegi mecanica cuantica”.

Sa pornim deci de la inceput. Ce este mecanica cuantica? Cand oamenii de stiinta au inceput sa analizeze particulele atomice si subatomice, au descoperit ca acestea nu reactioneaza conform legilor newtoniene. Astfel, odata cu inceputul secolului douazeci, savanti ca Plank si Einstein au descoperit noi legi si fenomene. Ansamblul acestora formeaza mecanica cuantica. Inainte de a prezenta fenomenele cuantice ce stau la baza acestui tip de calculatoare, voi incepe cu unitatea de baza a acestora:

Qubit (Unitate Binara Cuantica)

Dupa cum stiti, calculatoarele obisnuite folosec biti pentru a stoca informatia. Acestia pot avea doua valori: 1 sau 0. Deoarece aceasta unitate este folosita inca de la primul calculator pana in prezent, probabil va intrebati ce are qubitul mai special, cu exceptia prefixului sau. Raspunsul este proprietatea sa de a putea avea pe langa valoarea 0 sau 1, amandoua valorile la un loc. Orice particula atomica sau subatomica poate fi folosita drept qubit.

Sa facem deci o comparatie practica intre cele doua unitati. Pentru ca un bit sa stocheze toate valorile posibile (0 si 1), este nevoie de doua cicluri de procesor, in timp ce qubitul are nevoie de unul singur. Sa nu credeti totusi ca avantajul este doar dublu. Daca avem un registru de doi biti, putem stoca patru valori: cele din intervalul [0,3]. Astfel avem 00 (0),01 (1),10 (2) si 11 (3). Pentru stocare sunt necesare 4 cicluri de procesor. In cazul registrului de qubiti, nu este nevoie decat de unul singur, cei doi putand lua toate valorile simultan. Deja imbunatatirea devine substantiala.

Astfel, in timp ce calculatoarele conventionale nu-si imbunatatesc performanta odata cu cresterea numarului de biti, calculatoarele cuantice reusesc sa aiba o crestere exponentiala a capacitatii de computare. Un exemplu, care va poate demonstra potentialul lor enorm, este un calculator cuantic format din “doar” 500 qubiti. Acesta ar putea lua intr-un singur ciclu de procesare 3.27 * 10^50 valori, un numar mai mare decat cel al atomilor din universul observabil.

Cum este totusi stocata aceasta informatie, si mai ales, cum poate avea o particula ambele valori posibile, in acelasi timp ? Vom porni de la proprietatea oricarei particule de a avea un spin. Acesta este reprezentat fie ca o sageata indreptata in sus, fie ca una indreptata in jos. De asemenea, el poate avea ambele sensuri datorita unei proprietati numite...