|
|
 |
Κβαντική ευπάθεια
|
|
|
|
|
|
|
Οι υπολογιστές που εκμεταλλεύονται τις παράξενες ιδιότητες της κβαντικής μηχανικής πιστεύεται ότι, προκειμένου για ορισμένες συγκεκριμένες κατηγορίες προβλημάτων ―όπως φέρ’ ειπείν το σπάσιμο ενός ευρέως χρησιμοποιούμενου τύπου κρυπτογράφησης―, θα επιδεικνύουν δυνατότητες κατά πολύ υπέρτερες από εκείνες των συμβατικών υπολογιστών. Ωστόσο, για να γίνουν κάποτε οι κβαντικοί υπολογιστές πραγματικότητα, οι φυσικοί πρέπει πρώτα να υπερνικήσουν ένα θεμελιώδες εμπόδιο: την άρση της συνεκτικότητας (ή αποσυγκρότηση, decoherence) ―την απώλεια δηλαδή εκείνων ακριβώς των κβαντικών ιδιοτήτων στις οποίες θα βασίζονται τέτοιου είδους υπολογιστές. Η άρση της συνεκτικότητας προκαλείται από τις ασθενέστατες σποραδικές αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον και γι’ αυτό στα περισσότερα σχέδια κβαντικών υπολογιστών, προπάντων, επιδιώκεται η μόνωση των ευαίσθητων λειτουργικών τους στοιχείων από το περιβάλλον τους.
O Jeroen van den Brink και οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο του Λέιντεν στην Ολλανδία όμως υποστηρίζουν ότι ακόμη και μια τέλεια μόνωση δεν θα σταθεί ικανή να αποτρέψει την άρση της συνεκτικότητας. Και τούτο διότι μια διαδικασία γνωστή ως αυθόρμητη ρήξη συμμετρίας καταστρέφει την, απαραίτητη για την κβαντική υπολογιστική, «ευαίσθητη» κατάσταση. Στη συγκεκριμένη περίπτωση μιας προταθείσας διάταξης, βασιζόμενης σε υπεραγώγιμα κβαντικά μπιτ (ή q-μπιτ), οι ερευνητές τού Λέιντεν προβλέπουν ότι η νέα αυτή πηγή άρσης της συνεκτικότητας θα επιφέρει τον εκφυλισμό των q-μπιτ μετά την πάροδο λίγων μόλις δευτερολέπτων.
Ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό των q-μπιτ έγκειται στην ικανότητά τους να παραμένουν σε ό,τι οι επιστήμονες ονομάζουν κατάσταση υπέρθεσης. Στην ουσία, τούτο σημαίνει ότι μπορούν ταυτόχρονα να είναι και 0 και 1, σε αντίθεση με τα μπιτ των συνήθων υπολογιστών, τα οποία πρέπει αναγκαστικά να έχουν ή τη μία ή την άλλη συγκεκριμένη τιμή. Ένα q-μπιτ σε κατάσταση υπέρθεσης βρίσκεται τυπικά σε μια κατάσταση υψηλής συμμετρίας. Σε ένα υπεραγώγιμο q-μπιτ, για παράδειγμα, ένα μικρό ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει συγχρόνως ένα βρόχο τόσο κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού όσο και κατά την αντίθετή της. Την ισορροπία αυτή όμως έρχεται να χαλάσει η αυθόρμητη ρήξη συμμετρίας. Πρόκειται για μια διαδικασία η οποία δεν λείπει από καμία σχεδόν περιοχή της φυσικής: μια μπάλα που ηρεμεί στην κορυφή ενός λόφου, για παράδειγμα, θα κατρακυλήσει προς τη μία ή την άλλη πλευρά του, καταστρέφοντας έτσι τη συμμετρική (αν και ασταθή) κατάσταση ισορρόπησής της στην κορυφή. Στην περίπτωση του υπεραγώγιμου βρόχου, η αυθόρμητη ρήξη της συμμετρίας εξαναγκάζει συνήθως το q-μπιτ να επιλέξει μία συγκεκριμένη κατάσταση, καταστρέφοντας με τον τρόπο αυτό την υπέρθεση.
Το αποτέλεσμα των ερευνητών τού Λέιντεν ισχύει μόνο για q-μπιτ που απαρτίζονται από πολυπληθή σωματίδια, κατηγορία στην οποία ανήκουν και τα υπεραγώγιμα q-μπιτ αφού, ως γνωστόν, το ηλεκτρικό ρεύμα σύγκειται από πολλά δισεκατομμύρια κινούμενα ηλεκτρόνια. Δεν ισχύει όμως για q-μπιτ που βασίζονται σε μονήρη σωματίδια, όπως είναι ένα ιόν που αιωρείται σε μια μαγνητική παγίδα ή ένα μοναδικό ηλεκτρόνιο μέσα σε μια κβαντική κουκίδα επί ενός τσιπ. Πράγματι, τον Αύγουστο, φυσικοί του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας επέδειξαν q-μπιτ μονήρων ιόντων ικανά να παραμένουν σε κατάσταση υπέρθεσης επί χρόνο ―ο οποίος και ονομάζεται «χρόνος συνεκτικότητας»― μεγαλύτερο των 10 δευτερολέπτων.
Δεν συμφωνούν όμως όλοι ότι ο περιορισμός των λίγων δευτερολέπτων αποτελεί σοβαρό εμπόδιο για την πρακτική αξιοποίηση των υπεραγώγιμων q-μπιτ. Ο John Martinis, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα, λέει ότι 1 δευτερόλεπτο «αρκεί για εμάς τους πειραματικούς, μιας και νομίζω ότι άλλα φυσικά φαινόμενα θα μας επιβάλλουν περιορισμούς σε χρονικές κλίμακες πολύ μικρότερες από αυτήν». Σύμφωνα με τον θεωρητικό Steven M. Girvin του Πανεπιστημίου Yale, «αν καταφέρναμε να επιτύχουμε χρόνο συνεκτικότητας της τάξεως του δευτερολέπτου στα υπεραγώγιμα q-μπιτ, αυτό θα σήμαινε ότι, κατά πάσα πιθανότητα, η άρση της συνεκτικότητας δεν θα συνεπαγόταν απολύτως κανένα περιορισμό». Και τούτο διότι η κβαντική διόρθωση σφαλμάτων μπορεί να υπερνικήσει την άρση της συνεκτικότητας «αρκεί ο χρόνος συνεκτικότητας να είναι αρκούντως μεγάλος», διατείνεται ο Girvin. Λειτουργώντας με παρτίδες q-μπιτ που το καθένα τους διατηρείται επί 1 μόλις δευτερόλεπτο, ένας κβαντικός υπολογιστής θα μπορούσε ως όλον να συνεχίζει να εργάζεται επ’ άπειρον.
Επί του παρόντος, τα υπεραγώγιμα q-μπιτ στο εργαστήριο διατηρούνται επί 500 περίπου νανοδευτερόλεπτα, προτού επέλθει η άρση της συνεκτικότητας. Υπενθυμίζοντας, λοιπόν, ότι λίγα χρόνια πριν ο χρόνος άρσης της συνεκτικότητας ήταν μόλις της κλίμακας του νανοδευτερολέπτου, ο Girvin συμπεραίνει πως ήδη αυτό «συνιστά τρομακτική πρόοδο».
|
|
|
|
|
|
