Nový svetelný počítač dokáže pracovať v kvantových rýchlostiach

Na Rochesterskej Univerzite uzrel svetlo sveta jednoduchý počítač, v ktorom sa sila kvantovej mechaniky snúbi s ľahkosťou manipulácie svetla.
Nový počítač je dôkazom toho, že špeciálnu zostavu atómov, vďaka ktorej dokážu vedci prevádzať obrovské kalkulácie takmer v zlomku sekundy, dokáže takmer dokonale nahradiť svetlo, ktoré sa ovláda oveľa jednoduchšie, ako jednotlivé atómy.
Výsledkom môže byť počítač milión- krát rýchlejší, než všetky dnešné superpočítače, založený na relatívne jednoduchej a dobre preskúmanej technológii.

Viac o výskume a vývoji nového zariadenia sa mali možnosť dozvedieť účastníci nedávnej Konferencie o laserovej, elektro-optickej a kvantovej elektronike, ktorá sa konala v americkom meste Baltimore.Princíp nového počítača napodobňuje kvantovú interferenciu – dôležitý jav, vďaka ktorému sú nové počítače exponenciálne rýchlejšie pri plnení úloh ako riešenie kódov, alebo prehľadávanie obrovských databáz.Normálne počítače namiesto interferencie využívajú častice – elektróny – ktoré úlohu plnia sekvenčne. Podobne, ako knihovník, ktorý určenú knihu hľadá tak, že preberie celú knižnicu knihu za knihou. Vďaka interferencii si však tohto knihovníka môžete klonovať – tak, aby na každú knihu v knižnici pripadal jeden – a vypustiť ich všetkých naraz.
Nový počítač je dôkazom toho, že pri vyhľadávaní položiek v databáze je svetelná interferencia rovnako efektívna, ako interferencia kvantová.„Spracovávanie informácií pomocou kvantovej mechanicky je veľkou výzvou dnešnej doby,“ hovorí profesor optiky na Rochesterskej Univerzite Ian Walmsley, ktorý stojí na čele laboratória, v ktorom svetelný počítač vznikol, „s kvantovou mechanikou dokážete i to, čo je s klasickým počítačom nemožné.“A dodáva: „Nám sa práve podarilo dokázať, že ak máme k dispozícii kvantový počítač, založený výlučne na kvantovej interferencii, dokážeme vyrobiť počítač založený na interferencii svetelnej. Svetlo sa pritom ovláda oveľa jednoduchšie, než častice."Jedným z veľkých obmedzení kvantových počítačov je schopnosť „zjednotiť sa“ – stav, kedy sa rôzne častice prepájajú a nadobúdajú podobné vlastnosti – niečo podobné, ako klony knihovníka, ktoré sú si v mnohom podobné.Tento stav sa dosahuje veľmi ťažko a zatiaľ sa nikomu nepodarilo naraz zjednotiť viac, než niekoľko málo častícVedci však čoskoro zistili, že pri prehľadávaní databáz a plnení iných úloh nie je tento stav potrebný, ak sa použije kvantová interferencia.
Tento objav inšpiroval profesora Wamsleyho k myšlienke, že vybuduje počítač založený na svetelnej interferencii, namiesto časticovej. „Chceli sme dokázať, že všetky pravidlá kvantovej kybernetiky majú svoju analógiu a rovnaké výsledky i pri svetelných procesoch,“ hovorí Walmsley. Walmsleyho počítač sa skladá z akusto- optického modulátora – bloku priesvitného dioxidu telúru. V ňom sa informácie databázy ukladajú vo forme akustických vĺn. Jednej z jeho stien sa dotýka vysielač, ktorý doň vysiela vlny rovnako, ako reproduktor vysiela zvukové vlny do okolitého vzduchu. Tieto vlny niektoré časti modulátora jemne stlačia, niektoré zas mierne rozšíria, čím vznikne vzor, v ktorom je uložená celá databáza. Pri prehľadávaní databázy sa na modulátor zamieri svetelný lúč. Lúč sa najprv rozštiepi na dve polovice, z ktorých jedna prechádza cez optický hranol, odkiaľ do modulátora pokračuje rozdelená na všetky frekvencie farebného svetla. Každá frekvencia prechádza rôzne komprimovanými čo roztiahnutými časťami dioxidu, ktorý túto frekvenciu ohne rovnako, ako sa javí slamka v pohári s vodou. Všetky frekvencie sa potom opätovne skombinujú do jediného lúča. Po skombinovaní nového lúča s pôvodným lúčom vznikne jediná frekvencia – pozmenená prechodom cez databázu. V prípade, že Walmsleyho počítač cez modulátor prevádza 50 rôznych frekvencií, a dvadsiata sekvencia sa vráti ako pozmenená, bude Walmsley vedieť, že sa vyhľadávaná položka nachádza na dvadsiatom mieste databázy. Konvenčný počítač by na toto zistenie musel prehľadať dvadsať pozícií. Ak by spomínanou databázou bol telefónny zoznam Manhattanu, potreboval by konvenčný počítač na vyhľadanie jediného čísla niekoľko miliónov pokusov, kým svetelnému počítaču stačí pokus jeden. Okrem toho je svetelný počítač i neuveriteľne jednoduchý v porovnaní s počítačmi kvantovými. Už z čias klasickej fyziky devätnásteho storočia vedci získavajú stále nové poznatky a prax v presnom ovládaní svetelného lúča i ostatných aspektoch svetelného počítača. No skutočná možnosť vybudovať stroj podobný Walmsleyho počítaču sa po prvý raz naskytla až pred desiatimi rokmi. „V podstate sme na pozadí optickej technológie dospeli k novej fyzike; synergii, o ktorú práve u nás v Rochesteri nie je núdza: úzku spoluprácu medzi základnou vedou a technológiou v praxi.“ Walmsleyho spolupracovníkmi boli: študent posledného ročníka Pablo Londero a postdoktoranti Christophe Dorrer, Sascha Wallentowitz a Konrad Banaszek. Výskum cez Stredisko Kvantovej Informatiky sponzorovalo americké ministerstvo obrany.
&nbsp Calibre