Od bitu ku q-bitu (Kvantová fyzika a nové perspektívy spracovania informácie)

Prof. RNDr. Vladimír Bužek, DrSc., vysokoškolský pedagóg a vedúci Centra pre výskum kvantovej informácie Fyzikálneho ústavu Slovenskej akadémie vied v Bratislave, mal v rámci popularizácie vedy a techniky dňa 26. 11. 2009 o 17. hod. prednášku v Centre vedecko-technických informácií SR (CVTI SR) na tému Od bitu ku q-bitu (Kvantová fyzika a nové perspektívy spracovania informácie).

Išlo o ďalšie  stretnutie verejnosti s osobnosťou vedy a techniky pri káve, ktoré organizuje Národné centrum pre popularizáciu vedy a techniky v spoločnosti CVTI SR v rámci cyklu Veda v CENTRE. Podujatie moderoval Ing. Oleg Cvik.

Svet, ktorý je okolo nás, vnímame v podstate vo forme binárnych opozícií. Keď si predstavíme, ako sa orientujeme, tak sa vždy spýtame: idem doľava alebo doprava? Idem hore alebo dole? Niečo je studené alebo teplé?

V podstate musíme zredukovať akúkoľvek zložitú otázku do istej série otázok, ktoré majú jednoduchú odpoveď: áno/nie. Podľa týchto áno/nie sa vieme orientovať.

Ak sa vieme orientovať, tak vlastne sme si vybudovali nejaký náš model sveta tak, že v ňom sa navigujeme, v ňom sa orientujeme, v ňom postupujeme, odpovedáme na otázky, ktoré majú binárnu odpoveď.

Binárna odpoveď je čosi, čo nám je prirodzené, a takto vlastne vznikajú akési logické jednotky informácie, ktorá má dve hodnoty: nula a jeden, áno/nie, vľavo/vpravo, horúci/studený. A toto je svet, v ktorom sa nachádzame, v ktorom žijeme. 

Tento svet, toto naše vnímanie tiež pomohlo formalizovať čosi, čo sa nazýva počítačová veda. Cez vznik počítačovej vedy a konštrukcie fyzikálnych zariadení, ktoré akýmsi spôsobom dokázali spracovať informáciu, sme sa dostali dnes do stavu, keď všetci používame počítač na rôzne účely, mnohí pozerajú filmy, počúvajú hudbu, surfujú po internete a niektorí si aj uvedomujú, že počítač sa nazýva počítač, že sa na ňom počíta. 

Počítače sú s nami v podstate každý deň, každú minútu, každú hodinu a tie počítače, tak ako ich my registrujeme za ostatných povedzme sto rokov, sa stále menia. To je ich  typická vlastnosť, že konštruktéri stále konštruujú menšie a menšie počítače. Pred viac ako 100 rokmi, 130 rokmi, bol jeden z prvých konštruktérov, ktorý navrhol programovateľný výpočtový stroj. V tom čase, keď ho navrhoval, ešte neexistovali konštrukčné materiály, neexistovali techniky, aby sa takýto stroj vyrobil. Trvalo to naozaj nejaký čas – až do počiatku 90. rokov 20. storočia. 

Miniaturizácia výpočtových prvkov pokračuje v podstate exponenciálnym rastom. Každých 18 až 24 mesiacov, teda približne každé dva roky, sa zdvojnásobuje výkon počítačov, kapacita pamätí a počet tranzistorov na mikročipoch. Približne o 10 rokov sa dostaneme na atomárnu úroveň. Atomárny svet na rozdiel od toho nášho makroskopického, klasického, popisuje iné zákony kvantovej fyziky. 

Kvantový svet má mnohé zvláštne vlastnosti. Jednou veľmi špecifickou vlastnosťou kvantového sveta je tzv. kvantový šum. Malé objekty, povedzme atómy alebo ešte menšie objekty, aj pri veľmi malých teplotách neustále kmitajú. Dokonca keď ochladíme náš fyzikálny objekt takmer k absolútnej nule, tak atómy, elektróny, budú stále kmitať. Toto sa nazýva kvantový šum.  

Mohol by byť zásadnou prekážkou pre ďalšiu miniaturizáciu výpočtových komponentov, pretože šum ako taký je vždy prekážkou pre spracované informácie. Šum je v podstate zlý fenomén a veľmi dlho tu bola obava, že kvantový šum bude zásadnou prekážkou v ďalšej miniaturizácii počítačových čipov. V podstate o nejakých10 rokov narazíme na bariéry, ktoré zabránia ďalšiemu rozvoju alebo zvyšovaniu výkonu počítačov. 

Je zaujímavé, že vždy keď sa nám zdá, že niečo nie je možné, tak sa ukazujú cesty, že vlastne možné to je, len to možno dosiahnuť iným spôsobom. Treba sa pozrieť na vec iným pohľadom, z inej pozície. Ide o iné pohľady, ktoré v podstate otvárajú možnosť novej výpočtovej paradigmy.

 Prednáška, Videozáznam

Súvisiace články vo Vedeckom kaleidoskope:
VEDA V CENTRE: Od bitu ku q-bitu (Kvantová fyzika a nové perspektívy spracovania informácie)
V. Bužek: Medzinárodná spolupráca je jedným z nevyhnutných predpokladov kvalitného vedeckého výskumu

Spracovala: PhDr. Marta Bartošovičová, Ing. Alena Paulíková