Czy szybkie komputery rozwiążą wszystkie problemy?
WSPÓŁCZESNE KOMPUTERY
Wielu ludzi twierdzi, że żyjemy w epoce komputerów i automatyki, jednak dzisiejsze komputery w ogólności sprzęt elektroniczny nie radzą sobie z wieloma problemami. Dla współczesnych pecetów nie do przeskoczenia są np. obliczenia o złożoności wykładniczej. Oczywiście ich prędkość rośnie wydawałoby się w bardzo szybkim tempie. Z roku na rok liczba tranzystorów w układzie scalonym wzrasta średnio dwukrotnie, to zasada Moore’a, która począwszy od 1965 roku do dnia dzisiejszego się sprawdza. Według niej za 10 lat komputery będą około 100-krotnie szybsze od obecnie eksploatowanych. Czy to jednak wystarczy? Okazuje się, że nie, ponieważ nawet gdyby przyspieszyć klasyczny komputer milion razy, to wobec już wspomnianej wykładniczej złożoności rozwiązania nie osiągniemy wbrew pozorom znacznego zysku czasu. Jest wiele problemów, których za pomocą dzisiejszego komputera nie da się rozwiązać w realnym czasie, dzieje się tak dlatego, że nie istnieją wielomianowe algorytm znajdujące ich rozwiązanie. Poza tym szybkość klasycznych komputerów nie może rosnąć w nieskończoność, ze względu na fizyczne aspekty problemu, naukowcy dojdą kiedyś do potrzeby manipulowania atomami, a co dalej, mniejszych tranzystorów zrobić się nie da.
ALGORYTMY
Ogromne znaczenie dla wykonywania różnego rodzaju obliczeń mają więc sposoby ich realizowania, czyli algorytmy jakimi się posługujemy, a dokładniej mówiąc ich złożoność obliczeniowa. Najefektywniej bowiem prędkość i możliwości komputerów będziemy wykorzystywali dążąc do optymalizacji ( liniowej złożoności) algorytmów. Jest to zadanie bardzo trudne, a dla wielu kluczowych problemów wydaje się nierealne. Dla niektórych zagadnień (niealgorytmicznych) nie znaleziono nawet sensownego rozwiązania, inne rezultaty jak np. rozpoznawanie obrazów są wciąż niezadowalające.
PRZYSZŁOŚĆ
Nie wszystko jednak stracone, od początku lat 80-tych trwają intensywne prace nad powstaniem komputera kwantowego. Są one jednak jeszcze w bardzo początkowym stadium rozwoju, na razie jest to kilka bramek logicznych. Będzie to połączenie konwencjonalnych rozwiązań z mechaniką kwantową, okazuje się to jednak niezwykle trudnym zadaniem ze względu na prawa fizyki. Istnieją bardzo duże przeszkody fizyczne nie pozwalające na konstrukcję superszybkich komputerów.
Ogólna koncepcja opiera się na wprowadzeniu pewnej liczby qbitów w stan superpozycji i przeprowadzeniu na nich działań. Superpozycja znika jednak w momencie dokonania pomiaru układu kwantowego, a to ma miejsce, gdy nastąpi dowolna interakcja z otoczeniem, jest to jedną z największych barier na drodze do stworzenia maszyny działającej na prawach logiki kwantowej. Trudno jest odczytać wynik, ponieważ dokonanie pomiaru to własnie zaburzenie struktury kwantowej.
Generalnie ich przewaga polega na tym, że w komputerach kwantowych na wejście możemy wprowadzić wiele stanów, natomiast w klasycznych tylko jeden. Dzięki takiej koncepcji istnieje możliwość przeprowadzenia równolegle wielu obliczeń, czyli rozwiązania problemów trudnych obliczeniowo w czasie wielomianowym. Oczywiście nie dotyczy to wszystkich zagadnień, niektórzy naukowcy twierdzą, że nawet tak szybkie maszyny nie będą w stanie znaleźć rozwiązania niektórych problemów NP-trudnych, na pewno komputery kwantowe nie rozwiążą problemu stopu, który jest problemem nierozstrzygalnym. Stworzenie takiej maszyny byłoby niebotycznym osiągnięciem, udowodniono, że dzięki temu można by rozwiązać problem wyszukiwania dużych liczb pierwszych, co wykorzystaliby na pewno twórcy kodów superszybkich zabezpieczeń.
Konstrukcja superszybkich maszyn liczących jest na wczesnym etapie, a postęp w tej dziedzinie nieznaczny. Możemy jeszcze długo czekać na komputer kwantowy, choć optymiści sądzą, że nastąpi to już za kilkanaście lat, są to chyba jednak trochę przesadzone prognozy. Warto więc może pracować nad optymalizacją, ulepszeniem algorytmów niż czekać na rozwiązania sprzętowe.
Polecam:
- Mika Hirvensalo "Algorytmy kwantowe", Wyd. WSiP
- George Johnson "Na skróty przez czas"
- Marek Kubale "Introduction to computational complexity", Wyd. PG
Linki:
- Centrum komputerów kwantowych -http://www.qubit.org
- Komputery kwantowe -http://www.qcaustralia.org
Aby dodawać komentarze musisz być zalogowany!