Szwajcarom udało się teleportować dane kwantowo. Co to oznacza?

Zacznijmy może od tego, co właściwie udało się osiągnąć. Zespół naukowców z Politechniki w Zurychu zbudował chip komputerowy (7x7 mm), wyposażony w trzy układy elektroniczne o rozmiarze mikrona. Dwa z tych układów działały w roli nadajników, trzeci był odbiornikiem.

Po schłodzeniu układu do temperatury bliskiej zera absolutnego, elektrony uwięzione w układach zaczęły zachowywać się zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej. Elektron, jako kwantowy nośnik informacji (czyli kwantowy bit, czyli kubit), może zostać splątany z innym elektronem, dzięki czemu taka para zachowuje się w identyczny sposób, nawet jeśli zostanie fizycznie rozdzielona.

Tak było i w tym przypadku, kiedy kubity z dwóch układów-nadajników splątano z kubitami w odbiorniku. Pisząc jeszcze prościej: splątanie kwantowe oznacza, że jeśli kubit w nadajniku pokazuje wartość 1, to kubit w odbiorniku robi dokładnie to samo.

Tak więc po splątaniu nadajnika z odbiornikiem (pisząc w ogromnym uproszczeniu) wszystkie dane przesyłane do nadajnika pojawiają się również na odbiorniku, dzięki kwantom. W tym kontekście możemy mówić w zasadzie o zjawisku teleportacji - dane nie zostały przesłane bowiem za pośrednictwem żadnego przewodu czy wytrawionej ścieżki.

Sama zasada działania ma oczywiście ogromny potencjał, jeśli chodzi o zastosowanie jej w przyszłości. W teraźniejszości jednak, jeśli weźmiemy pod uwagę wszystkie ograniczenia kwantów - odpowiednią temperaturę i małe odległości, na które na razie udaj się przesłać dane w sposób zrozumiały - dokonanie naukowców z Zurychu przestaje być już tak bardzo imponujące. No chyba, że w oparciu o nie uda nam się stworzyć działające i gotowe do zastosowania (na przykład w superkomputerach) chipy, z podobnymi kwantowymi układami.

O zastosowaniu tego typu kwantowych rozwiązań w codziennej elektronice użytkowej możemy sobie więc na razie co najwyżej pomarzyć. O wiele bardziej realnym scenariuszem, przynajmniej w najbliższym czasie, jest wykorzystanie tych wszystkich kwantowych odkryć i technologii właśnie w superkomputerach, centrach serwerowych i ogólnie ujętej infrastrukturze sieciowej. Warunek jest jeden: kwantowe rozwiązania wymagają odpowiednich i dość specyficznych warunków (temperatura) do tego, aby mogły działać poprawnie.

Kolejną kwestią, która na razie jest nieco problematyczna, jest sama obsługa takich kwantowych układów. W klasycznym komputerze informacja reprezentowana jest przez ciąg zer i jedynek, które nazywamy bitami. Sęk w tym, że ich kwantowe odpowiedniki – kubity, czyli najmniejsze i niepodzielne jednostki informacji kwantowej – rządzą się prawami kwantowego świata, a więc nie reprezentują jednego stanu (jedynki i zera), a ich superpozycję (czyli wszystkie stany pośrednie). Te kubity są największą siłą kwantowych komputerów. Ale też jedną z dwóch ich największych słabości.

Za sprawą wspomnianej superpozycji jeden kubit reprezentuje sobą nieporównywalnie więcej informacji niż bit z klasycznego komputera. Oznacza to, że może zostać wykorzystany do wielu równoległych wyliczeń w jednym cyklu. Niestety to również oznacza, że operacja na kubitach zwróci wiele różniących się od siebie w niemal losowy sposób wyników. Dopiero seria tych samych obliczeń wyłoni najbardziej prawdopodobny.

Istotna jest też kruchość układu fizycznego, którego stan kwantowy jest wysoce nietrwały. Wystarczy jakakolwiek zmiana temperatury, wibracja, fala elektromagnetyczna czy jakikolwiek inny fizyczny bodziec, by nastąpiła dekoherencja. A więc de facto zniszczenie całego komputera poprzez zmianę jego właściwości. Zmiana stanu kwantowego oznacza, że pieczołowicie opracowany algorytm kwantowy przestanie działać.

Komputery kwantowe są więc nie tylko trudne w programowaniu, ale również ekstremalnie niestabilne – dlatego też piszę o specyficznych warunkach, w których moglibyśmy z nich korzystać. I to właśnie dlatego, mimo iż rozmawiamy o kwantowych komputerach od lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku, nadal z nich nie korzystamy.