Student World

Firma IBM přišla v druhé polovině srpna 2000 s působivou zprávou: Ve spolupráci se Stanfordovou univerzitou v Kalifornii a s Univerzitou v Calgary se týmu firmy IBM pod vedením Isaaca Chuanga podařilo sestrojit tzv. pětiqubitový počítač, tedy dosud nejvýkonnější kvantový počítač vůbec. Dosud specialisté dokázali postavit jen 3qubitové a 4qubitové kvantové počítače. Počet qubitů vyjadřuje přitom počet atomů participujících v celém zařízení.
Základním prvkem kvantového počítače od IBM je spin elektronu nebo jádra (spin je vlastní moment hybnosti, míra "setrvačníkové" rotace částice). Průmět spinu elektronu na zvolenou osu může mít jen dvě hodnoty: "dolů" odpovídá logické nule a "nahoru" odpovídá logické jedničce (podobně jako v klasickém počítači je tranzistor vypnut či zapnut).
Kvantová mechanika však umožňuje elektronu zaujímat stav takzvané lineární superpozice obou stavů, který charakterizuje tzv. vlnová funkce. Spin, u něhož je možné "kvantové kombinování" či míchání, se nazývá jedním kvantovým bitem čili jedním qubitem. Díky tomu, že soustava atomů může být "ve všech 2^N stavech současně", kde N je počet qubitů, lze prozkoumat velké množství možností v jediném kroku.
Chuang očekává, že do dvou let by se mohlo podařit spojit desítku atomů do jednoho bloku. Teprve však až budou v kvantovém počítači společně pracovat stovky atomů, bude kvantový počítač opravdu schopen provádět miliardy operací najednou. Hlavním technickýcm problémem je však udržet kvantový počítač v organizovaném stavu. Částice mají tendenci se díky rušivým vlivům okolí během okamžiku objevit ve zcela konkrétním "klasickém" stavu, a jemnou kvantovou organizaci tak narušit. Tento proces se označuje jako kolaps vlnové funkce.
Kvantový počítač je tedy zatím převážně hypotetické zařízení, které spatřilo na papíře světlo světa na počátku 80. let (a je spojeno i se jménem Richarda Feynmana) a které prostřednictvím zákonů kvantové mechaniky dokáže atomy a molekuly přeměnit na paměťové a zároveň výpočetní součástky počítače tak silného, že různé úkoly pro klasický počítač astronomicky obtížné dokáže vyřešit během chvilky.
Zvýšený zájem o kvantové počítače se pak datuje od roku 1994, kde Peter Short z Bellových laboratoří přišel s kvantovým algoritmem (ovšem pro zatím neexistující kvantový počítač) pro faktorizaci velkých čísel na prvočísla. Obecně přijímaná domněnka o nezvladatelnosti této úlohy pro klasické počítače je základem moderních kryptografických metod. Shorův objev přinesl explozi zájmu o kvantové počítače, jelikož by majiteli dostatečně silného kvantového počítače umožnil dešifrovat všechny kódy počínaje číslem kreditní karty při bankovní operaci a konče mnohými tajnými daty, která proudí Internetem.
Velká část expertů totiž věří, že růst výkonu klasických počítačů se v dohledné budoucnosti — do roku 2020 — zastaví: základní jednotky čipů nemohou jistě být menší než molekuly. Pokrok bude tedy třeba hledat někde jinde. Americké ministerstvo obrany a Národní úřad pro bezpečnost (NSA) proto financují nezanedbatelnými částkami Stanfordovu univerzitu v Kalifornii, která na konstrukci kvantového počítače pracuje.
IBM se již už může pochlubit několika Nobelovými cenami za fyziku. Kromě kvantové fyziky dnes firma investuje i do dalších vědních oborů, např. genetiky a biologie.

autor Luboš Motl