Μουσείο Τυπογραφείας

ΑΠΟ ΧΑΝΙΩΤΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΑ

Νέοι δρόμοι για τους Υπολογιστές του μέλλοντος


Πρωτοποριακές εργασίες που ανοίγουν τον δρόμο για τους Υπολογιστές του μέλλοντος, τους ´κβαντικούς´ υπολογιστές οι οποίοι θα ´τρέχουν´ με ασύλληπτες ταχύτες σε σύγκριση με τα σημερινά κομπιούτερ, έχει εκπονήσει ένας Χανιώτης καθηγητής του Πολυτεχνείου Κρήτης με την ομάδα του, ο οποίος εργάζεται ως βασικός ερευνητής στο Κέντρο Κβαντικών Τεχνολογιών της Σιγκαπούρης.
Πρόκειται για τον κ. Δημήτρη Αγγελάκη ο οποίος κατάγεται από την Δρακόνα Κεραμειών και ήδη οι μελέτες του, για κβαντικούς υπολογιστές με φωτόνια έχουν τύχει παγκόσμιας αναγνώρισης και έχουν φέρει νέα δεδομένα στον τομέα των κβαντικών τεχνολογιών.
Ο ίδιος εξηγεί ότι με τους κβαντικούς υπολογιστές θα μπορούμε να επεξεργαστούμε και να αποθηκεύσουμε περισσότερους αριθμούς από το συνολικό αριθμό ατόμων σε ολόκληρο το σύμπαν.
Οπως σημειώνει ο κ. Αγγελάκης, απαντώντας σε ερωτήσεις των ´Χ.Ν.´,  με τις εργασίες του για τα φωτόνια κατάφερε να συνδέσει «μέχρι τώρα διαφορετικές περιοχές της επιστήμης, την Φυσική των Laser, με την Φυσική Συμπυκνωμένης ύλης, την Νανοτεχνολογία και τους κβαντικούς υπολογιστές».
Ετσι, «άνοιξε ένα καινούργιο πεδίο σχετικό με την χρήση ισχυρά αλληλεπιδρώντων φωτονίων ως μέσο κατανόησης και περιγραφής της ύλης στο μικρόκοσμο. Πολλές σημαντικές ερευνητικές ομάδες σε διεθνές επίπεδο ξεκίνησαν ερευνητικά  προγράμματα εμπνευσμένοι από τη δουλειά μας, σε θεωρητικό αλλά και πειραματικό επίπεδο, σε όλο το ερευνητικό φάσμα από βασική έρευνα μέχρι εφαρμογές στην Νανό-τεχνολογία. Εμείς συγκεκριμένα είμαστε στη φάση πειραματικής υλοποίησης των προβλέψεων μας σε συνεργασία με πειραματικές και θεωρητικές ομάδες στη Γερμανία, στις Η.Π.Α., και στη Σιγκαπούρη. Ταυτόχρονα μαθαίνουμε από τη διεθνή βιβλιογραφία και τις αναφορές που μας κάνουν, αλλά και από τις συμμετοχές μας σε διεθνή συνέδρια ότι τουλάχιστον 20 ερευνητικές ομάδες στις Η.Π.Α.,  Ευρώπη και στην Ασία προσπαθούν να παράγουν έρευνα βασισμένες στη βασική μας πρόταση των φωτονικών κβαντικών προσομοιωτών».

Η ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΒΑΝΤΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ
Στο ερώτημα, πως μπορεί να συμβάλλει η εργασία του στη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών, απάντησε:
«Η εργασία μας όπως και αυτές που ακολούθησαν από εμάς και άλλους τα τελευταία χρόνια, ανήκουν στον τομέα των κβαντικών προσομοιωτών. Αυτοί είναι κβαντικοί υπολογιστές ´προγραμματισμένοι´ να τρέχουν ´κβαντικό software σε κβαντικό hardware´. Αυτό τους επιτρέπει να λύνουν προβλήματα που μέχρι σήμερα αδυνατούμε να αντιμετωπίσουμε και σε βασικό επίπεδο κατανόησης, αλλά και σε υπολογιστικό επίπεδο. Για παράδειγμα το πώς λειτουργούν οι υπεραγωγοί και αν είναι δυνατή η ύπαρξη τους σε θερμοκρασία δωματίου ή ποιες είναι οι φυσικές αρχές που διέπουν τη λειτουργία του κβαντικού μαγνητισμού και των αντίστοιχων κβαντικών μονάδων μνήμης. Απαντήσεις στα παραπάνω δύο αλλά και σε άλλα παρόμοια ανοιχτά προβλήματα, θα οδηγήσουν σε πλήθος εφαρμογών όπως στην κατασκευή λειτουργικών κβαντικών νανο-κυκλωμάτων ως βασικές μονάδες επεξεργασίας πληροφορίας (κβαντικων τσιπ). Δυστυχώς οι κλασικοί υπολογιστές, δηλαδή οι υπολογιστές που έχουμε τώρα και που λειτουργούν με τις αρχές της κλασικής Φυσικής, αντιμετωπίζουν τεράστια προβλήματα μνήμης και επεξεργασίας όταν καλούνται να προσομοιώσουν, να περιγράψουν και τα πιο απλά κβαντικά συστήματα. Οι κβαντικοί προσομοιωτές όντας κβαντικά συστήματα οι ίδιοι, όπως είχε παρατηρήσει ο Richard Feynman την δεκαετία του ?80 πρώτος, μπορούν να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά ενός άλλου κβαντικού συστήματος (ενός φωτονικού ή ηλεκτρονικού νανοκυκλώματος για παράδειγμα) αποτελεσματικά και με εκθετικά μικρότερο αριθμό υπολογιστικών βημάτων απ? ότι ένας κλασικός υπολογιστής.

Τι ακριβώς είναι οι ´κβαντικοί υπολογιστές´ και σε τι ταχύτητες θα λειτουργούν; Στο ερώτημα αυτό ο κ. Αγγελάκης απάντησε:
«Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι υπολογιστικές μηχανές στις οποίες οι μονάδες αποθήκευσης και επεξεργασίας της πληροφορίας θα λειτουργούν με βάση τις αρχές της κβαντικής φυσικής. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο κβαντικά bits  (qubits), τότε λόγω της αρχής της κβαντικής υπέρθεσης σε αυτά μπορούν να συνυπάρξουν και οι τέσσερις υπολογιστικές καταστάσεις (αριθμοί 00, 01, 10, 11) ταυτόχρονα . Σε ένα κλασσικό υπολογιστή μόνο μια κατάσταση επιτρέπεται την φορά, είτε η 00, είτε η 01 κτλ…. Με τρία qubits αποθηκεύουμε και επεξεργαζόμαστε ταυτόχρονα 2^3=8 αριθμούς. Με 200 qubits, τα οποία είναι πολύ λιγότερα από τα μπιτ ενός απαρχαιωμένου υπολογιστή τσέπης του ?70, θα μπορούμε να επεξεργαστούμε και να αποθηκεύσουμε περισσότερους αριθμούς από το συνολικό αριθμό ατόμων σε ολόκληρο το σύμπαν! Εχει αποδειχθεί ότι χρησιμοποιώντας την αρχή του κβαντικού παραλληλισμού μπορούμε να φτιάξουμε κβαντικούς αλγορίθμους που μπορούν να ψάξουν σε μια βάση δεδομένων (το όνομα που αντιστοιχεί σε ένα αριθμό σε ένα τεράστιο τηλεφωνικό κατάλογο για παράδειγμα) ή να σπάσουν τεράστιους κωδικούς κρυπτογραφίας, σε κλάσματα του χρόνου που κάνει ένας σύγχρονος κλασσικός υπερυπολογιστής. Μιλάμε για λεπτά της ώρας στην μια περίπτωση και μήνες του χρόνου στην άλλη!
Πρέπει να πω εδώ, ότι παρόλο που έχουμε κάνει τεράστια βήματα τα τελευταία δέκα, δεκαπέντε χρόνια, έχουμε ακόμα αρκετό δρόμο μέχρι να κατασκευάσουμε κβαντικές μηχανές ευρείας χρήσεως. Σε ερευνητικό επίπεδο και σε εφαρμογές μεγάλου μεγέθους που θα λύνουν προβλήματα στην νανοτεχνολογία, στην κρυπτογραφία και ίσως στην βιολογία και στην Ιατρική, είμαστε πιο κοντά. Το πρόβλημα είναι κυρίως τεχνολογικό καθώς η απομόνωση και ο χειρισμός της ύλης σε κβαντικό επίπεδο είναι κάτι που μαθαίνουμε να κάνουμε αποτελεσματικά μόνο τα τελευταία χρόνια. Να πω εδώ οτι το Νοbel στην Φυσική φέτος απονεμήθηκε σε δύο πρωτεργάτες σε αυτήν την κατεύθυνση,τον David Wineland από τις ΗΠΑ και τον Serge Haroche από την Γαλλία, που πρώτοι πριν μερικά χρόνια κατάφεραν να απομονώσουν και να πραγματοποιήσουν βασικούς κβαντικούς υπολογισμούς, ο πρώτος σε άτομα σε μορφή ιόντων και ο δεύτερος σε φωτόνια.

Γράψτε το σχόλιό σας

Συμπληρώστε την παρακάτω φόρμα με τα στοιχεία και το μήνυμά σας:
Όλα τα πεδία είναι υποχρεωτικα.

Σχόλια με υβριστικό, απειλητικό, ρατσιστικό ή άλλο περιεχόμενο που η συντακτική ομάδα κρίνει πως δεν προσφέρουν στο γόνιμο διάλογο, δεν θα δημοσιεύονται. Παρακαλούμε να αποφεύγετε τα greeklish.