Ισως το πλέον θερμό τεχνο-πολεμικό μέτωπο αυτόν τον καιρό να είναι η δημιουργία κβαντικών υπολογιστών. Διόλου τυχαία, στις αρχές του μήνα και μετά την ανακοίνωση του βραβείου Νομπέλ για τη Φυσική (το οποίο δόθηκε σε ανθρώπους που οι εργασίες τους δημιούργησαν την πεποίθηση πως είναι δυνατή η κατασκευή κβαντικών υπολογιστών), οι ΗΠΑ έβαλαν φραγμό στην εξαγωγή προς την Κίνα χρήσιμων εξαρτημάτων, ενώ τώρα ετοιμάζονται να λάβουν ακόμη πιο αυστηρά μέτρα.

Αν και η ΙΒΜ πριν έναν χρόνο παρουσίασε τον Eagle με 127 υπολογιστικά στοιχεία (q-bits) υπερβαίνοντας τον κινεζικό Jiuzhang με 113, η διαφορά είναι τόσο μικρή που δεν αφήνει ήσυχους τους Αμερικανούς και ο πόλεμος αναμένεται να συνεχιστεί. Γίγαντες όπως Google (με τον Alphabet), Intel, Microsoft, IonQ, Fujitsu εμπλέκονται με μανία στο παιχνίδι.

Και εμείς βρισκόμαστε στον σκληρό πυρήνα ως προς την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας τους, στις λεγόμενες «σύμπλεκτες καταστάσεις» όπου οι ισχυρές συσχετίσεις μεταξύ των σωματιδίων αναφέρονται ως «κβαντική σύμπλεξη». Με βάση μάλιστα τους μαθηματικούς χειρισμούς που απαιτούν αυτές οι καταστάσεις των εμπλεκόμενων σωματιδίων, μία ακόμη πιο εύγλωττη απόδοση θα ήταν «μη διαχωρίσιμες καταστάσεις» ενώ όταν δεν βρίσκονται σε σύμπλεξη οι δύο καταστάσεις μπορούν να χαρακτηρίζονται ως «διαχωρίσιμες». Τα q-bits που χαρακτηρίζουν τους κβαντικούς υπολογιστές βρίσκονται μεταξύ τους ακριβώς σε «κβαντική σύμπλεξη».

Επειδή όμως έκανε την εμφάνισή της για πρώτη φορά στη σειρά αυτήν η λέξη q-bit, που όμως μέλλει να πρωταγωνιστήσει στα επόμενα, ας μην αφήνουμε έννοιες να αιωρούνται στο κείμενο έτσι απροσδιόριστα. Ας πάρουμε εδώ μια πρώτη γεύση.

Το q-bit είναι η αντίστοιχη με το bit στοιχειώδης πληροφοριακή μονάδα, στους κλασικούς ψηφιακούς υπολογιστές που χρησιμοποιούμε σήμερα. Εκεί το bit έχει τη γνωστή δυαδική «συμπεριφορά», δηλαδή θα είναι είτε στην κατάσταση «0» είτε στην κατάσταση «1». Για το q-bit η εικόνα είναι διαφορετική. Οπως ήδη μάθαμε στα προηγούμενα για ένα ηλεκτρόνιο, αυτό ως προς το spin του, για παράδειγμα, μπορεί να βρίσκεται σε μία από δύο δυνατές καταστάσεις που χαρακτηρίζονται ως spin-up και spin-down ή και στις δύο ταυτόχρονα. Με έναν παλμό από ακτίνα λέιζερ μπορούμε να παλινδρομούμε από τη μια κατάσταση στην άλλη. Αν όμως στείλουμε έναν παλμό μικρότερης ενέργειας σε ένα τελείως απομονωμένο από εξωτερικές επιδράσεις ηλεκτρόνιο, είναι δυνατόν να το αναγκάσουμε να βρεθεί σε κατάσταση που θα τη χαρακτηρίζαμε πως «είναι και τα δύο» (!!!). Ή όπως λέγεται στη γλώσσα των κβαντικών υπολογιστών: «είναι σε υπέρθεση του 0 και του 1».

…και τα πολλά «πρόσωπά» της

Διάφοροι κατασκευαστές επιλέγουν διαφορετικές μορφές q-bits. Μπορεί να είναι φωτόνια με δύο διαφορετικές πολώσεις, δηλαδή το ηλεκτρικό πεδίο που είναι η «ψυχή» του φωτονίου να πάλλεται σε δύο διαφορετικά, κάθετα μεταξύ τους επίπεδα. Μπορεί να είναι δύο διαφορετικά ενεργειακά επίπεδα στα ηλεκτρόνια ενός ατόμου. Μπορεί επίσης να είναι δισεκατομμύρια ατόμων που έχουν ψυχθεί κοντά στο απόλυτο μηδέν και τότε κινούνται σαν ένα σώμα. Δημιουργείται έτσι ένα ηλεκτρικό ρεύμα το οποίο μπορούν να το κάνουν να κινείται σε δύο εντελώς αντίθετες κατευθύνσεις.

Η διαφορά ανάμεσα στον κβαντικό και στον κλασικό υπολογιστή γίνεται κατανοητή με τη βοήθεια του εξής παραδείγματος: Ας υποθέσουμε πως βρισκόμαστε μέσα σε έναν λαβύρινθο, από δέντρα ή κτίσματα. Με έναν σημερινό υπολογιστή θα δοκιμάσουμε στη σειρά κάθε μονοπάτι ή δρόμο που εμφανίζεται μπροστά μας μέχρι να βρούμε την έξοδο. Αν είχαμε όμως τη δυνατότητα να δοκιμαστούν όλες μαζί και ταυτόχρονα οι πιθανές και δυνατές διαδρομές πόσο λιγότερος χρόνος θα χρειαζόταν για να βγούμε… Η διαφορά είναι τεράστια.

Πνευματική Γυμναστική

1. Αρχίζουμε με ένα γνωστό σχετικά πρόβλημα, όπου όμως ο φίλτατος υποστηρικτής της σελίδας ομότιμος καθηγητής του ΕΜΠ κ. Θεοδόσιος Τάσιος μάς έχει στείλει μια υποδειγματικά διαμορφωμένη λύση του που αξίζει να τη μοιραστούμε στο επόμενο με τους αναγνώστες. Το πρόβλημα είναι το εξής: Λέμε σε κάποιον φίλο να γράψει έναν τριψήφιο θετικό αριθμό με διαφορετικά και τα τρία ψηφία του, π.χ. 214. Του ζητούμε να αντιστρέψει τη σειρά των ψηφίων, οπότε και προκύπτει ο 412. Κάνουμε την αφαίρεση μεταξύ των δύο: 412-214=198 και αντιστρέφουμε: 891. Τώρα προσθέτουμε τους δύο: 198+891. Ο αριθμός που προκύπτει, ο 1089, αποδεικνύεται πως είναι πάντα ο ίδιος, όποια και αν είναι η αρχική επιλογή του τριψήφιου αριθμού. Γιατί;

2. Ενα αεροπλάνο κάνει το δρομολόγιο από το Α στο Β αεροδρόμιο και πάλι πίσω πάντα με ομαλή ταχύτητα V. Κάποιες φορές επικρατεί άπνοια και κάποιες φυσάει μόνιμα σε όλη τη διάρκεια των δύο πτήσεων Α προς Β και Β προς Α ένας άνεμος με σταθερή ταχύτητα W<V και φορά πάντα από το Α προς το Β. Επηρεάζει ο άνεμος τη συνολική διάρκεια του μετ’ επιστροφής ταξιδιού;

Οι απαντήσεις στα προηγούμενα κουίζ

1. Σε ένα αγρόκτημα συνυπάρχουν άλογα και κοτόπουλα, 50 όλα μαζί. Αν μετρώντας βρίσκουμε πως τα πόδια τους είναι συνολικά 130, πόσα είναι από το κάθε είδος; Είναι φανερό πως με ένα σύστημα δύο μεταβλητών x, y και δύο εξισώσεων: x+y=50 και 4x+12y=130 βρίσκουμε 35 κοτόπουλα και 15 άλογα. Ομως σε μια τάξη που δεν έχουν διδαχθεί συστήματα εξισώσεων; Τότε μπορεί να γίνει ο εξής συλλογισμός: Αν προστάξουμε τα άλογα να σηκωθούν στα δυο τους πόδια τότε έχουμε 50 ζώα με 2 πόδια στο έδαφος, άρα 2×50=100 πόδια, άρα 30 πόδια στον αέρα, που ανήκουν προφανώς στα άλογα. Επόμένως 30/2=15 άλογα κ.λπ.

2. Ενα αγόρι και ένα κορίτσι παίζουν συμβολικά με τα χέρια τους «πέτρα, ψαλίδι, χαρτί», όπου το ψαλίδι κερδίζει το χαρτί (το κόβει), το χαρτί κερδίζει την πέτρα (την τυλίγει) και η πέτρα κερδίζει το ψαλίδι (το σπάει). Επαιξαν δέκα φορές. Το κορίτσι στις δέκα αυτές φορές έδειξε 3 φορές πέτρα, 6 φορές ψαλίδι, 1 φορά χαρτί. Το αγόρι 2 φορές πέτρα, 4 φορές ψαλίδι και 4 φορές χαρτί. Δεν ξέρουμε σε ποια σειρά έγιναν όλα αυτά, μόνον ξέρουμε πως και τις δέκα φορές δεν υπήρξε ισοπαλία (δεν έδειξαν το ίδιο σύμβολο ταυτόχρονα). Ποιος κέρδισε τελικά (δηλαδή τις περισσότερες φορές); Εχει σημασία το ότι δεν υπήρξαν ισοπαλίες. Παρατηρούμε πως 6+4=10 φορές παίχτηκε ψαλίδι, άρα κάθε φορά κάποιος έπαιζε ψαλίδι. Τη φορά που έπαιξε το κορίτσι χαρτί, προφανώς το αγόρι έπαιξε ψαλίδι και κέρδισε. Οταν το αγόρι έπαιξε 2 φορές πέτρα το κορίτσι έπαιξε ψαλίδι και έχασε. Ετσι έχουμε έως εδώ 3 νίκες για το αγόρι. Τις τρεις υπόλοιπες φορές όμως που έπαιξε το αγόρι ψαλίδι το κορίτσι έπαιξε πέτρα και κέρδισε. Μένουν 4 φορές ψαλίδι για το αγόρι όπου το κορίτσι έπαιξε 4 φορές ψαλίδι και κέρδισε. Συνολικά 7 φορές κέρδισε το κορίτσι και 3 φορές το αγόρι.

Έντυπη έκδοση Το Βήμα

Headlines