Skammtatölvur

Í dag byggja tölvur á sömu hugmyndum og fyrir um 50 árum. Afkastageta tölva hefur aukist mikið en þær hafa ekki breyst í grundvallaratriðum síðan þá. Skammtatölvur sem byggja á skammtafræðilegum eiginleikum er ný byltingarkennd hugmynd. Nýlega tókst að búa til skammtatölvu og hafa margar uppgötvanir fylgt í kjölfarið.

Árið 1936 skrifaði Alan Turing grein sem hefur haft mikil áhrif á líf okkar. Eflaust hefur hann gert sér grein fyrir mikilvægi greinarinnar en ólíklegt er að hann hafi getað ímyndað sér hversu víðtæk áhrifin kæmu til með að verða. Þessi grein lagði grunninn að tölvutækninni. John von Neumann lagði svo ýmislegt til og ásamt fleirum mótaði hann þessar hugmyndir. Þó að það kunni að virðast ótrúlegt þá hafa tölvur ekki breyst í grundvallaratriðum síðan þá. Rekinigetan hefur auðvitað aukist mikið, tölvurnar minnkað og lækkað í verði og svo framvegis en tölvan fyrir framan þig er ekkert frábrugðin, í grundvallaratriðum, þeim ferlíkjum sem fylltu heilu herbergin um 1950.

Hefðbundnar tölvur vinna með með upplýsingar sem táknaðar eru með samansafni af bitum sem hver og einn getur verið í tveimur ástöndum sem við köllum annað hvort 1 eða 0. Þessi pistill er í raun ekkert annað en löng röð af bitum þar sem hver stafur er táknaður með 8 bitum. Forritið sem notað er til að birta pistilinn er líka röð að bitum sem mynda saman skipanir sem ákveða hvað tölvan gerir við upplýsingarnar. Hver biti er geymdur í minni tölvunnar sem hleðsla eða ekki heðsla á þétti. Ef pistillinn er vistaður á disk þá er hann geymdur með því að segulmagna yfirborð hans í tvær mismunandi stefnur. Inn í örgjörvanum í tölvunni stjórna bitarnir transistorum sem eru rofar sem annað hvort er kveikt á eða slökkt á. Allt eru þetta kerfi sem geta verið í tveimur ástöndum og dugar hefðbundin eðlisfræði til að lýsa þeim.

Skammtatölvur byggja á annarri hugmynd. Þær byggja á skammtafræði. Minnsta eining upplýsinga í skammtatölvum er kölluð qubiti. Qubiti getur ekki bara verið í tveimur ástöndum eins og hefðbundinn biti heldur í ástöndum sem er blanda af þessum tveimur í einu. Þetta er skammtafræðilegur eignleiki og á sér enga hliðstæðu í hefðbundinni eðlisfræði. Þetta er mikilvægur munur og hefur meðal annars í för með sér að kerfi búið til úr qubitum getur táknað margar tölur í einu. Enn undarlegra er að ef einum qubita er bætt við kerfið tvöfaldast fjöldi talnanna sem það getur táknað í einu!

Á síðasta ári tókst IBM að búa til skammtatölvu sem gat þáttað töluna 15 í þætti sína (3 * 5 = 15). Það er náttúrlega ekki flókið verkefni en samt mikill sigur. Síðan þá hefur orðið sprenging á þessu sviði hver uppgötvunin verið gerð á fætur annarri. Fyrir fáeinum árum hefðu aðeins þeir allra bjartsýnustu talið að þetta myndi takast en ídag eru það einungis þeir svartsýnustu sem ekki telja að innan fárra ára takist að búa til skammtatölvu sem getur fengist við flókin verkefni. Mörg atriði á samt sem áður eftir að leysa.

Erfitt er að spá fyrir um hvaða áhrif skammtatölvur munu hafa á líf okkar. Slíkir vangaveltur virðast líka oft kjánalegar eftir á. Hins vegar er það ljóst að ef tekst að búa til skammtatölvur munu ýmis vandamál verða leyst sem erfitt er að leysa með hefðbundnum tölvum. Eitt af þeim er er þáttun talna. Það virðist vera mun erfiðara er að þátta tölur en að margfalda þær saman. Mörg dulkóðunar algrím byggja á þessu. Þáttun talna er eitt af því skammtatölvur geta gert mun betur en hefðbundnar tölvur. Hins vegar er það mín tilfinnig að skammtatölvur munu hafa eitthvað svipað í för með sér og sú bylting sem varð þegar hefðbundnar tölvur urðu til. Eitthvað sem enginn er búinn að sjá fyrir.

Eðvarð Jón Bjarnason skrifar (Sjá alla)