Az IBM kvantumszámítógépe történelmet írt egy komoly számítás elvégzésével

[Yahoo] Az IBM Almaden Research Center kutatói beírták magukat a történelemkönyvekbe, legalábbis ami a számítógépek történelmét leíró könyveket illeti. A legújabb kísérletük során az eddigi legkomolyabb számítást sikerült egy hét qubitnyi kvantumszámítógéppel végrehajtatni, mely a tesztcsőben több milliárdnyi molekulát tartalmazott. A "számítógép" megoldotta napjaink egyik legfontosabb matematikai problémájának egy igen szimpla változatát, ez az algoritmus napjaink adatvédelmi, kriptográfiai rendszereinek egyik legfontosabb kulcsa.

"Ez az eredmény megerősíti azt a tényt, hogy a kvantumszámítógépek egy napon képesek lesznek megoldani olyan problémákat, melyek megoldására a jelenlegi legerősebb szuperszámítógépeknek is évmilliókra lenne szükségük" - mondta Nabil Amer, az IBM fizikusa.

Az IBM kutatói és a Stanford Egyetem diplomás hallgatói a Nature 18-ai számában tették közzé eredményeiket, melyben a Shor algoritmus felhasználásával egy egyszerűbb matematikai probléma kvantumszámítógéppel történő megoldásának részleteit írják le. A Peter Shor által 1994-ben kifejlesztett módszer a futurisztikus kvantumszámítógépek számára készült egy meghatározott szám faktorainak megtalálására. Egy szám faktorai azok a számok, melyek egymással szorozva kiadják az eredeti számot. A jelenlegi számítógépek számára egy kellően nagy szám faktorainak megtalálása nagyon nehéz feladat, sokkal nehezebb, mint az ellenőrzésé.

A kvantumszámítógépek ereje az atomok vagy atommagok különböző kvantumállapotában rejlik. Ezek együttesen alkotják a kvantumbiteket, az úgynevezett qubiteket, melyek hasonlóan működhetnek, mint a processzorok és memóriák. A qubitek közötti kölcsönhatást irányítva és a külső hatásoktól elszigetelve a tudósok kvantumszámítógépeket hozhatnak létre, melyek bizonyos számításokat végezhetnek, például faktorokat kereshetnek. A kvantumszámítógépek ezeket a számításokat nagyságrendekkel gyorsabban végezhetik el, mint a hagyományos számítógépek. Egy kellően nagy szám faktorait hagyományos számítógéppel keresve minden egyes helyiértéknyi növeléssel megduplázódik a számításhoz szükséges idő.

A Shor algoritmus legegyszerűbb példája a 15-ös szám faktorainak megtalálása. Ehhez egy hét qubites számítógépet kellett "megépíteni". Az IBM kémikusai terveztek és készítettek egy olyan új molekulát, mely öt fluor- és két szénatomból áll. Ezek az atomok kölcsönhatásban vannak egymással, s mint qubitek működnek. A létrehozott kvantumszámítógép rádiófrekvenciás jelekkel programozható, az eredmény pedig a kórházakban és kémiai laborokban használt NMR készülékkel olvasható ki, fogható fel.

Az IBM tudósai egy ellenőrzött folyamatban milliárdszor milliárd (10^18) ilyen molekulát felhasználva egy tesztcsőben létrehoztak tehát egy kvantumszámítógépet, s sikeresen "lefuttatták" a Shor algoritmust. Eegyértelműen fogható volt a megoldás: 15 faktorai a 3 és az 5. "Bár az eredmény triviális, a példa nélkül álló kontroll a hét atomon ezt a számítást az eddig elvégzett legbonyolultabb kvantumszámítássá teszi" - mondta Amer.

Bár a kvantumszámítógépek lehetőségei óriásiak és a fejlődés folyamatos, a kereskedelmi forgalomba kerülő kvantumszámítógépekre még évekig várni kell. Az NMR-bázisú kvantumszámítógépek egyelőre csupán laboratóriumi tapasztalatokként léteznek. Az első kvantumszámítógépek talán segédprocesszorokként, speciális feladatok megoldására lesznek használhatók, például a Shor algoritmushoz hasonló komplex, bonyolult matematikai számítások elvégzésére.