И нека бъде светлина...

П рез изминалите седмици светът на науката и технологиите стана свидетел на две събития, които на пръв поглед нямат нищо общо.

Първо, на 8 февруари Nature публикува изследване на учени от Харвард, които успяват да спрат напълно светлинен лъч и по-насетне да го "телепортират" в друга точка на пространството, пренасяйки по този начин информация.

Второ, на 13 февруари канадската фирма D-Wave Systems представи в Музея на компютърните технологии, Калифорния, САЩ, първия "нелабораторен" квантов компютър. Какво общо има между харвардската "магия" и разработката на канадците?

Квантови компютри

Класическият бит, с който се предава информацията в един конвенционален компютър, е или включен, или изключен, т.е. в едно от двете възможни състояния - 1 или 0. В света на безкрайно малкото обаче действат съвсем различни закони и един квантов бит (quantum bit, qubit) може да бъде едновременно и нула, и едно.

Ако заместим цифрите с цветове, излиза, че кубитът е например и син, и червен. Тази двойственост би могла да направи квантовите компютри изключително мощни, защото, докато три класически бита могат да бъдат само в една от осемте възможни комбинации, то три кубита могат да бъдат във всичките осем едновременно. Или казано с други думи, да съхраняват осем пъти повече информация.

С увеличаването на броя квантови битове стремително нарастват и възможностите. Така например 300 кубита могат да бъдат в около 1090 възможни състояния. Десет с 90 нули след него е голямо число или поне вероятно по-голямо от броя атоми в познатата ни Вселена.

Преведено на компютърен език, един квантов компютър вероятно ще е способен да разгадае 40-цифров код за около 12 месеца, което класически компютър няма да направи и за милион години. С квантов компютър ще можем да пресметнем също и една безкрайно сложна задача - да речем, как си взаимодействат няколкото трилиона клетки в кръвта ни.

И светлината стана материя

Ако поведението на квантовия бит ви се струва странно и трудно разбираемо, вижте какво се случва в Харвард. По правило светлината се движи със скорост от приблизително 300 000 км/сек. Ако спре да се движи, би трябвало и да престане да съществува (като светлина) и да се превърне в материя.

"Това е невъзможно", би възкликнал Айнщайн и физиците ще кимнат утвърдително. Ето защо д-р Лин Хау от Харвард многократно е получавала съвети от колеги "да не си губи времето" с подобни експерименти.

Ала противно на познатите природни закони през 2001 г. тя успява да спре изцяло светлинен лъч, използвайки една странна форма на материята - нека я наречем кондензат на Бозе - Айнщайн - представляваща свръхохладен атомен облак.

Родената в Дания д-р Хау не се отказва и в последния си експеримент надминава и най-смелите очаквания (или страхове) на физиката. Първо превръща лъча в материя, "замразявайки" го в атомен облак.

После "телепортира" светлината чрез "материална вълна" (електромагнитно поле) в друг кондензат на Бозе - Айнщайн, пренасяйки по този начин информация от първия във втория.

И най-сетне чрез облъчване с лазер тя "освобождава" лъча и той продължава своя път, достигайки скоростта на светлината за по-малко от секунда.

И какво от това

Да се върнем отново в по-разбираемия свят на стандартните технологии, и по-специално към квантовия компютър на D-Wave Systems. Засега той е твърде малък и слаб, за да извършва пресмятания, които обикновените компютри могат.

Ала именно тук идва заплахата за компютърната индустрия - досега се смяташе, че двете технологии не са конкуренти, защото имат твърде различен алгоритъм на работа и възможности. Полетата на действие на квантовите и стандартните машини не се припокриваха.

Канадската фирма обаче има амбиция нейната разработка да извършва и "стандартни" задачи. И наистина техният компютър вече решава судоку пъзел. Перспективата скоро да бъде създаден компютър, който напомня чашата ни за кафе, ако бъде поставен до сегашния, но е безкрайно по-мощен, смущава всички големи конвенционални играчи на IT пазара от Intel до Microsoft.

Все пак за момента нещата не са толкова революционни за IT индустрията, защото пред квантовите компютри има голяма пречка - кубитите престават да бъдат квантови, когато си взаимодействат. Казано с други думи: те губят способността да бъдат в две състояния едновременно и се превръщат в обикновени (тъпи ;-) битове.

Решения на проблема има: като например да се затвори азотен атом в свръхчист диамант, както докладва екип от германски и австралийски учени в Nature Physics в средата на миналата година. Така създаденият кубит обаче е толкова скъп, а синтезът му - толкова сложен, че никога няма да стигне до пазарно приложение.

Резултатите на д-р Лин Хау и нейния екип, състоящ се само от студент и докторант, обаче създават нови перспективи за решаването на този проблем.

Двата атомни облака от нейния експеримент на практика са в квантово състояние и са потенциални кубити. Те си взаимодействат, т.е. информацията, кодирана в светлинния лъч, е пренесена от единия в другия, без това да повлияе на "квантовата" им природа. И нещо повече - информацията продължава по-нататък пътя си със скоростта на светлината, а това е доста бързо.

Каквото и да стане, изследването на харвардския екип дава надежда за поредица приложения като свръхточни часовници и сензори, неразгадаемо криптиране и ново поколение оптични мрежи.

Ако пък инженерите не успеят да преведат на технологичен език откритието на д-р Лин Хау, то за нея вероятно ще остане удоволствието от получаване от Нобелова награда.

Кой е казал, че ще й я присъдят ли? Ами все още никой, но все пак в Харвард тя е известна като "човекът, който спря светлината, трансформира я в материя, разходи я наоколо и пак я превърна в светлина".