Είχαμε υποσχεθεί ότι θα επιστρέψουμε στα q-bits που είναι η καρδιά ενός κβαντικού υπολογιστή και οι υποσχέσεις πρέπει να κρατιούνται. Για μια καλύτερη λοιπόν ενημέρωση των αναγνωστών ξεκινούμε δίνοντας την εικόνα για τη «χλωρίδα» που επικρατεί αυτή τη στιγμή στο συγκεκριμένο θέμα. Δηλαδή σε ποιες κατηγορίες κατατάσσονται τα q-bits ανάλογα με τον τρόπο υλοποίησής τους.

Εχουμε την κατηγορία αυτών που δεν σχετίζονται με υλικά «στερεού σώματος» (Non solid State qbits). Δεν είναι ημιαγωγοί, οπότε εκεί η έρευνα διεξάγεται κυρίως γύρω από τη χαλιναγώγηση των φωτονίων και των παγιδευμένων ιόντων (trapped ions). Η άλλη μεγάλη κατηγορία είναι προφανώς η σχετική με το στερεό σώμα και τους ημιαγωγούς (Solid State qbits). Εκεί ανήκουν υλικά σε υπεραγώγιμο περιβάλλον, πιο γνωστά ως transmons. Αλλη κατηγορία είναι τα NV-Centers (=Nitrogen Vacancy Centers in Diamond), που όταν το αποκωδικοποιήσουμε δηλώνει ότι σε πλέγμα ατόμων άνθρακα (όπως είναι στο διαμάντι) αφαιρείται ένα από τα άτομα αυτά και τοποθετείται άτομο αζώτου, με ένα ηλεκτρόνιο να προκύπτει ως επιπλέον στο όλο πλέγμα. Το σπιν αυτού του ηλεκτρονίου με τις δύο καταστάσεις του επάνω και κάτω χρησιμεύει ως q-bit. Και υπάρχει και μια τρίτη κατηγορία, οι κβαντικές τελείες από ημιαγωγό υλικό (semiconductor quantum dots). Οπου και εδώ έχουμε ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια και εκμεταλλευόμαστε τις ιδιότητες του σπιν τους.

 Παράδειγμα επεξεργασίας

Ας πάρουμε λοιπόν αυτή την τελευταία περίπτωση που μπορεί να μας δώσει μια καλή ιδέα για το πώς επιτυγχάνεται γενικότερα ο χειρισμός αυτών των ιδιόμορφων στοιχείων. Μια κβαντική κουκκίδα μπορούμε να τη δημιουργήσουμε φέρνοντας μαζί δύο ηλεκτρόνια, οπότε το πληροφοριακό περιεχόμενο θα καθορίζεται από τον συνδυασμό στα σπιν των δύο. Οπως συμβαίνει και με τους σημερινούς συμβατικούς υπολογιστές ό,τι θέλουμε να υποστεί επεξεργασία, κείμενο ή αριθμητικές πράξεις,  το κατακερματίζουμε σε τέτοιο βαθμό ώστε να αποτελείται πλέον μόνον από έναν συνδυασμό πολλών 0 και πολλών 1 καταστάσεων. Ο κβαντικός υπολογιστής κάνει και αυτός κάτι ανάλογο αλλά αντί όπως στο συμβατικό bit να αποθηκεύεται ή το 0 ή το 1 στο κβαντικό bit, οι καταστάσεις 0 και 1 συνυπάρχουν στο ίδιο bit. Και ας ξεπερνά αυτό τις καθημερινές μας εμπειρίες από τον μακρόκοσμο. Ας μην ξεχνά ο αναγνώστης ότι καταναλώθηκαν πολλές συνέχειες αυτής της σειράς για να τονιστεί ότι πρόκειται για άλλον κόσμο, με άλλες «συνήθειες».

Την ίδια στιγμή δεν πρέπει να γίνουν άλλες παρανοήσεις. Από το q-bit θα πάρουμε ένα στοιχείο πληροφορίας όταν θελήσουμε να διαβάσουμε το περιεχόμενό του. Οταν όμως περισσότερα από ένα q-bits βρεθούν στην κατάλληλη σύνδεση [εδώ είναι που παίζει ρόλο η λεγόμενη διαδικασία της διεμπλοκής (entanglement)], τότε η υπολογιστική ικανότητα απογειώνεται. Αλλά χρειάζεται και ειδικός χειρισμός για την απόσπαση του αποτελέσματος όπως θα δούμε.

Ενα register από τέτοια διεμπλεκόμενα στοιχεία, που το μεταφράζουμε στα ελληνικά ως συγκρότημα αποθήκευσης ή μητρώο, έχει μέγεθος μόλις μισό εκατομμυριοστό του μέτρου και η φιλοδοξία των ερευνητών είναι να χωρέσουν 100 εκατομμύρια σε τσιπ με επιφάνεια μόλις ένα τετραγωνικό εκατοστό. Ομως για να μπορεί η όλη διάταξη να περνά αξιόπιστα από το 0 στο 1 και αντίστροφα, πρέπει να βρίσκεται σε θερμοκρασίες κοντά στους -273 βαθμούς Κελσίου και οι αλλαγές κατάστασης να πραγματοποιούνται σε χρόνους τουλάχιστον ίδιους με των συμβατικών bits.

Πνευματική Γυμναστική

1. Διάλογος μεταξύ του Τ. και του Φ.: Τ.: Εχω δυο αριθμούς x και y, όπου x+y=z. Το άθροισμα των ψηφίων του x δίνει 43 και του y 68. Ποιο είναι το άθροισμα των ψηφίων του z; Φ.: Οταν προσθέτεις τους x και y, πόσες φορές εμφανίζεται κρατούμενο; Τ.: Πέντε φορές. Φ.: Τότε το άθροισμα των ψηφίων του z είναι 66. Πώς το βρήκε;

2. Σε ένα Λύκειο κάνουν το εξής: Σε 6 φύλλα Α4 γράφουν 6 τυχαίες ημερομηνίες μέσα στον μήνα. Μόνο που για όποια πέφτει Κυριακή ο αριθμός είναι με κόκκινο μαρκαδόρο ενώ για τις άλλες ημέρες από Δευτέρα έως Σάββατο με μαύρο. Γυρίζουν ανάποδα ένα από τα φύλλα και μπαίνει μέσα ο πρώτος μαθητής. Τον ρωτούν αν μπορεί κοιτάζοντας τα ανοιχτά φύλλα να μαντέψει το χρώμα του αριθμού στο γυρισμένο ανάποδα φύλλο. Γράφει ένα Ναι ή ένα Οχι στο πίσω μέρος του φύλλου μαζί με τον αριθμό προσέλευσης που εδώ είναι το «1». Το φύλλο μένει γυρισμένο και γυρίζουν ανάποδα ένα ακόμη. Μπαίνει ο δεύτερος, του λένε τα ίδια, όταν βγαίνει γυρίζουν άλλο ένα φύλλο ανάποδα κ.ο.κ. μέχρι τον πέμπτο. Και οι πέντε έχουν γράψει Οχι. Μπαίνει ο έκτος και βλέπει 6 χαρτιά γυρισμένα ανάποδα. Υπάρχει περίπτωση να μαντέψει το χρώμα στο έκτο; Και αν ναι, ποιο είναι αυτό;

Οι λύσεις στα προηγούμενα κουίζ

1. Μας δίνουν έναν λευκό κύκλο, έναν ίδιο που όμως όλο το εσωτερικό του είναι μαύρο, ένα τετράγωνο λευκό και ένα ίδιο που το εσωτερικό του είναι μαύρο. Μας λένε ότι έχει γίνει για αυτά τα σχήματα η εξής επιλογή: Διαλέχτηκε ένα χρώμα (ή το μαύρο ή το άσπρο) και ένα σχήμα (ή κύκλος ή τετράγωνο). Οποιο σχήμα έχει μόνο μια από τις ιδιότητες που επιλέχθηκαν το ονομάζουμε, ας πούμε, «ΤΟ». Αυτός που έκανε τη (μυστική) επιλογή, μας λέει ότι με βάση την επιλογή του ο μαύρος κύκλος είναι «ΤΟ». Για τα άλλα τρία σχήματα τότε τι ισχύει; i) Είναι κάποιο ή κάποια άλλα επίσης «ΤΟ»; ii) Δεν μπορούμε να αποφανθούμε; iii) Κάποιο ή κάποια σίγουρα δεν είναι «ΤΟ»; (Πρόκειται για μια άσκηση με ιστορία, που επινόησε ο γνωστικός ψυχολόγος Πίτερ Γουέισον το 1979.) Ξεκινάμε από εκεί που λέει ότι: «Οποιο σχήμα έχει μόνο μια από τις ιδιότητες που επιλέχθηκαν είναι “ΤΟ”». Αρα ο μαύρος κύκλος δεν είναι το σχήμα που επιλέχθηκε αφού είναι «ΤΟ», άρα έχει μόνο το ένα από τα χαρακτηριστικά. Επομένως επιλέχθηκε ή ο λευκός κύκλος ή το μαύρο τετράγωνο. Αρα το λευκό τετράγωνο που έχει και από τα δυο αυτά κάτι κοινό και ένα μόνο είναι επίσης «ΤΟ». Αν επιλέχθηκε το μαύρο τετράγωνο, αυτό θα έχει και τις δυο ιδιότητες, άρα δεν είναι «ΤΟ», και ο λευκός κύκλος δεν μοιράζεται προφανώς έστω μια από τις ιδιότητές του μαύρου τετραγώνου. Αν επιλέχθηκε ο λευκός κύκλος, ο παραπάνω συλλογισμός ισχύει και για το μαύρο τετράγωνο. Αρα τελικά το λευκό τετράγωνο και ο μαύρος κύκλος είναι «ΤΟ» και τα άλλα δυο δεν είναι.

2. Είναι ο αριθμός 94271013 το άθροισμα 12 διαδοχικών ακεραίων; Η απάντηση είναι όχι. Σε περίπτωση που ήταν το άθροισμα 12 διαδοχικών αριθμών, δηλαδή που διαφέρουν κατά μια μονάδα ο ένας από τον άλλον, αυτό σημαίνει ότι πρόκειται για 6 περιττούς και 6 άρτιους αριθμούς. Αλλά όταν αθροίζουμε ένα άρτιο πλήθος περιττών αριθμών, το αποτέλεσμα είναι άρτιος. Προφανώς και το άθροισμα των υπόλοιπων έξι άρτιων αριθμών θα δώσει άρτιο, άρα συνολικά το άθροισμα των 12 διαδοχικών αριθμών έπρεπε να έχει δώσει αριθμό με άρτιο το τελευταίο ψηφίο.

Έντυπη έκδοση Το Βήμα