Τεχνολογία

 

design by arxaios.net

O Κβαντικός Υπολογιστής

Απο τον Αρχαίο.

qubits

27/01/2009
Σίγουρα θα ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία αλλά ας προσπαθήσουμε να έχουμε ανοιχτό το μυαλό μας σε ότι διαβάσετε σε αυτό το άρθρο.

Καταρχήν  οι σημερινοί υπολογιστές  είναι κατασκευασμένοι από πυρίτιο. Το γνωστό σε όλους μας «χώμα» το οποίο έχει υποστεί διάφορες προσμίξεις  με άλλα μέταλλα όπως το Γερμάνιο για την ανθεκτικότητα και την διευκόλυνση των ηλεκτρονίων  από μέσα του. Τα ηλεκτρόνια είναι η βασική μονάδα πληροφορίας σε ένα τέτοιο σύστημα.

Τα ηλεκτρόνια μπορούμε να τα φανταστούμε σαν πολύ μικρά σωματίδια τα οποία γυρίζουν γύρω από τον πυρήνα του ατόμου  όπως γυρίζει η Γή και τα ουράνια σώματα γύρω από τον Ήλιο. Τα ηλεκτρόνια κουβαλούν την πληροφορία ως εξής : Μπορούν να περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους είτε αριστερόστροφα  είτε δεξιόστροφα . Ετσι δημιουργείται ο όρος “spin” .Δηλαδή είναι σαν να γυρίζουν γύρο από τον εαυτό τους .Η αριστερόστροφη κίνηση δημιουργεί το “spin down “ ενώ η δεξιόστροφη κίνηση το “spin up”. Ετσι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να βρεθεί σε δύο καταστάσεις . Το «0» ή το «1» . Αυτά συμβολίζουν  τις στοιχειώδεις μονάδες πληροφορίας , τα bits.

Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής αφού διαρρέεται από ρεύμα (ηλεκτρόνια) μπορεί να καταλάβει μόνο δύο καταστάσεις , το λογικό «0» και το λογικό «1». Στην πραγματικότητα  το λογικό «0» δεν είναι τίποτα άλλο από την αριστερόστροφη κίνηση του ηλεκτρονίου που κινείται μέσα στο chip του επεξεργαστή  ενώ το λογικό «1» είναι η δεξιόστροφη κίνηση του ηλεκτρονίου μέσα στο πυρίτιο από το οποίο είναι κατασκευασμένος ο επεξεργαστής και τα υπόλοιπα στοιχεία (chips) της Κεντρικής Μονάδας του υπολογιστή.

Η τεχνολογία έχει τόσο πολύ προχωρήσει  που σε μερικά χρόνια , για να μην πώ λίαν συντόμως ,θα απέρθει ο κορεσμός. Τι εννοώ……!!! Σε προηγούμενο άρθρο θα διαβάσατε ότι η intel  και η AMD ανακοίνωσαν μία νέα γενιά επεξεργαστών στα 45 νανόμετρα.  Αυτό σημαίνει ότι οι αγωγοί του πυριτίου μέσα στον οποίο κινούνται τα ηλεκτρόνια τείνουν να πλησιάσουν το μέγεθος του ίδιου του ηλεκτρονίου.  Όταν αυτό συμβεί τότε λογικά ,τα ηλεκτρόνια δεν θα χωρούν να περάσουν από τους αγωγούς και έτσι θα έχουμε απώλεια ηλεκτρονίων στον γύρο χώρο του πυριτίου. Δηλαδή απώλεια δεδομένων και πληροφορίας η οποία θα πηγαίνει χαμένη.Αρα λοιπόν οι επιστήμονες αναζητούν άλλες τεχνολογίες για την μεταφορά και την επεξεργασία της πληροφορίας.! Υπάρχει όμως και ένα άλλο μεγάλο πρόβλημα….Εχει να κάνει με την ταχύτητα επεξεργασίας  δηλαδή την ευκινησία των ηλεκτρονίων μέσα στο πυρίτιο.! Οι επιστήμονες μετά απο πολλές δοκιμές προσμίξεων στο πυρίτιο με άλλα στοιχεία κατέληξαν στο  εξής συμπέρασμα :  «έφτασαν στο σημείο εκείνο που τους επιτρέπει να αυξήσουν τις ταχύτητες των επεξεργαστών ως ένα σημείο έτσι ώστε να μην υπάρχει  υπερπήδηση ηλεκτρονίων σε γειτονικούς αγωγούς μέσα στο πυρίτιο.» Επίσης μεγάλο ρόλο παίζει και η θερμοκρασία που αυξάνει ,λόγω της ταχύτητας  των ηλεκτρονίων μέσα στους αγωγούς του πυριτίου.Γιαυτό και οι σημερινοί επεξεργαστές χρειάζονται τρομερά ποσά ψύξης για να διατηρήσουν αναλλοίωτα και ανεπηρέαστα τα «spin» των ηλεκτρονίων. Μία αλλαγή  στο spin του ηλεκτρονίου σημαίνει αυτόματα , και αλλοίωση της πληροφορίας που μεταφέρει.             

Τα προβλήματα αυτά λύνονται με τον κβαντικό υπολογιστή.!!!Φανταστείτε έναν υπολογιστή ο οποίος θα δουλεύει με φώς.!! Το φώς αποτελείται από μικρά πακέτα πληροφορίας , τα ονομαζόμενα… φωτόνια  ή κβάντα φωτός.  Το φώς έχει μία περίεργη υφή. Συμπεριφέρεται και ως κύμα και ως σωματίδιο.
Το φωτόνιο σαν στοιχειώδες σωματίδιο-κύμα μπορεί να βρίσκεται ταυτόχρονα  σε δύο καταστάσεις. Δηλαδή  να έχει ταυτόχρονα μισό “spin up” και μισό “spin down”.Αντί αυτό να το ονομάσουμε ηλεκτρονικό bit , θα το πούμε qubit ή αλλιώς κβαντικό bit (κουάμπιτ).

Προσέξτε τώρα τι γίνεται… Ξέρουμε ότι  8 ηλεκτρονικά bits  δημιουργούν   ένα byte . Το ένα byte μπορεί να αντιπροσωπεύει ένα γράμμα και οι συνδυασμοί που μπορούμε να έχουμε είναι  από το 1 μέχρι το 128.Ετσι μπορούμε να έχουμε 128 γράμματα . Αν τώρα έχουμε 8 κβαντικά bit  τότε το κάθε ένα είναι  ταυτόχρονα  2  ηλεκτρονικά bits (0 και 1).  Ετσι το κάθε ένα από τα κβαντικά bits μπορεί να αντιπροσωπεύει  1 εώς 128 γράμματα  ταυτόχρονα.!!!!!!Ουάουυυυυυυ!!! ΦΟΒΕΡΟ.
Εδώ όμως υπάρχει το εξής παράδοξο…..!!! Τα κβαντικά bits τρέχουν με την ταχύτητα τους φωτός και επομένως μόνο όταν βρίσκονται σε αυτήν την ταχύτητα (300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο) έχουν αυτήν την ικανότητα.Δηλαδή να βρίσκονται  ταυτόχρονα σε δύο spin. Αν λοιπόν καταφέρουμε και σταματήσουμε το qubit  δεν γνωρίζουμε σε τι κατάσταση θα το βρούμε ….μπορεί να είναι  ή “ spin up” ή “spin down” . Ετσι λοιπόν θα μας δώσει τυχαία ένα spin που θα αντιπροσωπεύει ένα τυχαίο  γράμμα από το 1 μέχρι το 128.

Καταλαβαίνεται λοιπόν γιατί οι κβαντικοί επεξεργαστές θα αποτελούν την μεγαλύτερη απειλή σε οποιαδήποτε ηλεκτρονική ασφάλεια, με οποιαδήποτε τρόπο κωδικοποίησης όσο μεγάλος και αν είναι, αφού θα μπορούν να σπάσουν τον κωδικό σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Φανταστείτε λοιπόν έναν  κβαντικό επεξεργαστή με «αρχιτεκτονική»  64άρων qubits.!!!!!!Και ο ποιος δυσκολότερος αλγόριθμος κρυπτογράφησης  γι αυτόν, θα ήταν παιχνιδάκι.

Εδώ δεν έχουμε τον περιορισμό στο υλικό αφού το φώς μεταδίδεται και στον αέρα.Η ταχύτητά του δεν αλλάζει, ίσως κάποια μέρα να ξεπεράσουμε το φράγμα των 300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο αλλά μπορεί η υφή των κβάντων φωτός και η κατάστασή τους να αλλάζει !!!! Τότε πλέον δεν θα ισχύει η κβαντική θεωρία.
Θεωρητικά , ή δύναμη της επεξεργασίας ενός κβαντικού υπολογιστή είναι απεριόριστη διότι το φώς αποτελείται από άπειρα φωτόνια (qubits) συνεπώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όσα qubits θέλουμε, ανα πάσα στιγμή το θέλουμε.

Είναι σαν να έχουμε έναν μικρό ήλιο μέσα στην παλάμη μας.

 

 

Copyright © 2008. Designed by Arxaios.net