Ο κβαντικός υπολογιστής

    Η τεράστια ισχύς των σύγχρονων υπολογιστών δεν έχει καταφέρει να ικανοποιήσει την επιστημονική δίψα για ακόμη μεγαλύτερη. Σύμφωνα με το νόμο του Moore, ο αριθμός των τρανζίστορ σε έναν μικροεπεξεργαστή διπλασιάζεται κάθε 18 μήνες. Αν αυτό συνεχίσει να ισχύει το έτος 2020 ή 2030 τα κυκλώματα σε έναν επεξεργαστή θα έχουν φτάσει σε μέγεθος την ατομική κλίμακα. Επομένως το επόμενο βήμα είναι η δημιουργία κβαντικών υπολογιστών που θα εκμεταλλεύονται τα άτομα και τα μόρια για να πραγματοποιούν υπολογισμούς.


    Οι κβαντικοί επεξεργαστές έχουν τη δυνατότητα, στη θεωρία, να πραγματοποιούν υπολογισμούς πολύ πιο γρήγορα από τους επεξεργαστές πυριτίου. H αρχιτεκτονική των κβαντικών υπολογιστών δεν διαφέρει σε πολύ από αυτή των σημερινών. Βασίζονται στην μηχανή Turing που αναπτύχθηκε το 1930. Σύμφωνα με αυτή, η θεωρητική συσκευή αποτελείται από μια ταινία άπειρου μήκους που σε κάθε γραμμή έχει και μία εντολή σε δυαδικό κώδικα. Η διαφορά από τον κβαντικό υπολογιστή είναι ότι σε αυτόν η ταινία αυτή βρίσκεται σε κβαντική κατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι τα σύμβολα στη ταινία μπορεί να είναι το 0, το 1 ή η υπέρθεση του 0 και του 1, δηλαδή και όλες τις ενδιάμεσες τιμές. Ενώ μια κανονική μηχανή Turing μπορεί να πραγματοποιήσει μόνο έναν υπολογισμό τη φορά, η κβαντική μηχανή Turing μπορεί πολλούς. Οι σημερινοί υπολογιστές επεξεργάζονται bits που είναι σε 2 καταστάσεις, 0 και 1. Οι κβαντικοί υπολογιστές δεν περιορίζονται σε 2 καταστάσεις αλλά επεξεργάζονται "κβαντικά" bits ή αλλιώς qubits που βρίσκονται σε υπέρθεση. Τα qubits αντιπροσωπεύουν άτομα, ιόντα, φωτόνια ή ηλεκτρόνια και τις συσκευές ελέγχου τους. Η υπέρθεση των qubits είναι αυτή που δίνει στους κβαντικούς υπολογιστές την ικανότητα να εκτελούν παράλληλα έως και εκατομμύρια υπολογισμούς, ενώ ένας μέσος προσωπικός υπολογιστής όχι πάνω από 4. Ένας κβαντικός υπολογιστής των 30 qubit μπορεί να φτάσει επεξεργαστική ισχύ τα 10 teraflops (τρισεκατομμύρια υπολογισμούς κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο), τη στιγμή που ένας τυπικός υπολογιστής είναι στη τάξη των gigaflops (1000 φορές μικρότερη). Οι κβαντικοί υπολογιστές υλοποιούν και άλλη μία ιδιότητα της κβαντομηχανικής γνωστή ως διεμπλοκή καταστάσεων. Ένα πρόβλημα στους κβαντικούς υπολογιστές είναι ότι αν προσπαθήσεις να "κοιτάξεις" τα υποατομικά σωματίδια μπορεί να αλλάξεις την τιμή τους. Για να γίνει ο κβαντικός υπολογιστής πρακτικά υλοποιήσιμος, οι επιστήμονες πρέπει να βρουν τρόπο να κάνουν μετρήσεις χωρίς να επηρεάζεται η ακεραιότητα του συστήματος. Στη κβαντική φυσική αν ασκήσεις εξωτερική δύναμη σε 2 άτομα, έχει ως αποτέλεσμα να διεμπλακούν και το δεύτερο άτομο παίρνει τις ιδιότητες του πρώτου. Με αυτό τον τρόπο οι επιστήμονες μπορούν να ανιχνεύσουν την κατάσταση του σωματιδίου χωρίς να το "κοιτάξουν".
    Οι επιστήμονες συμφωνούν ότι ο κβαντικός υπολογιστής είναι αρκετά χρόνια μακρυά από την πρακτική του υλοποίηση παρά τα βήματα προόδου που έχουν γίνει. Αυτή τη στιγμή οι πρώτοι κβαντικοί υπολογιστές έχουν ήδη κατασκευαστεί αλλά δεν είναι πρακτικά εκμεταλλεύσιμοι καθώς βρίσκονται σε στάδιο έρευνας και δεν είναι ικανοί παρά να λύσουν απλά προβλήματα. Ωστόσο όλο και περισσότεροι συμφωνούν ότι το πέρασμα από τον υπολογιστή πυριτίου στον κβαντικό είναι αναπόφευκτο στην μελλοντική ιστορία των υπολογιστών.