Κωνσταντίνος Πουλαντζάς Γεώργιος Στεφαδούρος Εμμανουήλ Στυλιανάκης Άγγελος Τασσόπουλος Βασίλειος Φιλιππακόπουλος

Κωνσταντίνος Πουλαντζάς Γεώργιος Στεφαδούρος Εμμανουήλ Στυλιανάκης Άγγελος Τασσόπουλος Βασίλειος Φιλιππακόπουλος

Η ΕΝ ΑΘΗΝΑΙΣ ΦΙΛΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ «Από έναν στοχασμό του 1960 στο βραβείο Νobel Φυσικής του 2012: νανοτεχνολογία, παρόν και μέλλον» Κβαντικός υπολογιστής Κωνσταντίνος Πουλαντζάς, Γεώργιος Στεφαδούρος, Εμμανουήλ Στυλιανάκης, Άγγελος Τασσόπουλος, Βασίλειος Φιλιππακόπουλος Υπεύθυνες Καθηγήτριες: Ευδοκία Πατσιλινάκου Μαρία Δημητροπούλου

Ιστορική Αναδρομή Δημόκριτος John Dalton Λεύκιππος

Ο στοχασμός: «What would happen if we could arrange the atoms one by one the way we want them?» Richard P. Feynman, 1960 Richard Feynman David Wineland Το βραβείο Nobel Φυσικής 2012: Serge Haroche Ο Γάλλος Serge Haroche και ο Αμερικανός David Wineland μοιράστηκαν το Nobel Φυσικής 2012 για την εφεύρεση και εξέλιξη μεθόδων παρατήρησης μικροσκοπικών κβαντικών σωματιδίων χωρίς να τα καταστρέφουν.

Βασική θεωρία της νανοτεχνολογίας Νανοτεχνολογία είναι ένας όρος ο οποίος χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη δημιουργία και χρήση λειτουργικών δομών μεγέθους μεταξύ 1 nm και 100 nm. Διεισδύοντας στον νανόκοσμο, παρατηρούμε: Αλλαγή κλίμακας. Αμελητέα βαρύτητα (εξαιτίας του μεγέθους των νανοϋλικών, το βάρος τους είναι αμελητέο). Ο καθορισμός τής θέσης των σωματιδίων γίνεται βάσει πιθανοτήτων.

Συγκριτική κλίμακα Από το νανόμετρο στο μέτρο.

ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ

Τι είναι κβαντικός υπολογιστής; Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι ένα νέο μελλοντικό είδος υπολογιστών, των οποίων η λειτουργία βασίζεται σε κβαντομηχανικά φαινόμενα, όπως η υπέρθεση κατάστασης των ηλεκτρονίων, των μορίων ή των ιόντων, που επιτυγχάνεται με διάφορα σιδηρομαγνητικά υλικά. Αυτό μας επιτρέπει να εκμεταλλευτούμε βασικούς νόμους της Φυσικής που ισχύουν μόνο στο μικρόκοσμο. Το φαινόμενο της υπέρθεσης της κατάστασης των ηλεκτρονίων είναι αυτό, πάνω στο οποίο ουσιαστικά βασίζεται η λειτουργία του κβαντικού υπολογιστή.

Η λειτουργία των κβαντικών υπολογιστών Τα «qubits» Ενώ στον συμβατικό υπολογιστή υπάρχουν τα bits, στον κβαντικό υπολογιστή υπάρχουν τα quantum bits ή, αλλιώς, qubits. Αυτά είναι ηλεκτρόνια, μόρια ή ιόντα και οι ιδιότητές τους είναι αυτές που καθιστούν τον κβαντικό υπολογιστή ταχύτατο. Η υπέρθεση δίνει τη δυνατότητα σε αυτόν τον υπολογιστή να βρίσκεται σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα, με αποτέλεσμα να υπάρχουν συγχρόνως οι τιμές «0» και «1», σε αντίθεση με τον συμβατικό υπολογιστή. Η σχέση μεταξύ των δυο μεγεθών είναι εκθετική και όχι γραμμική.

Τα πλεονεκτήματα ενός κβαντικού υπολογιστή, σε σχέση με ένα συμβατικό υπολογιστή, είναι: Μεγαλύτερη ταχύτητα. Τεράστια μνήμη. Απεριόριστη ισχύς. Λύση πολλών σύνθετων προβλημάτων ταυτόχρονα.

Τα μειονεκτήματα ενός κβαντικού υπολογιστή, σε σχέση με ένα συμβατικό υπολογιστή, είναι ότι: δεν έχει όλες τις δυνατότητες ενός συμβατικού υπολογιστή, π.χ. επεξεργασία κειμένου ή web surfing. δεν υπάρχουν ανθεκτικά υλικά για την υλοποίηση της ιδέας του κβαντικού υπολογιστή. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα, δεν μπορούν να αντέξουν τις τεράστιες θερμοκρασίες που αναπτύσσονται λόγω των τεράστιων ταχυτήτων μεταφοράς δεδομένων. εξαιτίας τής μεγάλης αλληλεπίδρασης των qubits με το περιβάλλον είναι δύσκολο να απομονωθούν αυτά τα υλικά.

Χρονολόγιο εφαρμογών του κβαντικού υπολογιστή Ο πρώτος κβαντικός υπολογιστής 2 qubits το 1998 από την εταιρεία IBM. παρουσιάστηκε Το 1999 και πάλι η IBM παρουσίασε έναν κβαντικό υπολογιστή τριών κβαντικών bits με «error correction». Το 2000 η ίδια εταιρεία κατασκεύασε έναν κβαντικό υπολογιστή αποτελούμενο από 5 qubits. Ο τελευταίος κβαντικός υπολογιστής που κατασκευάστηκε ανήκει στην εταιρεία D-Wave και ονομάζεται D-Wave one. Αποτελείται από ένα τσίπ με 128 qubits.

Ο «μονόλιθος» της D-Wave: ο D-Wave one Πωλήθηκε από την εταιρεία D-Wave στην εταιρεία Lockheed Martin, έναντι του ποσού των 10.000.000 δολλαρίων. Οι πληροφορίες που υπάρχουν για τον υπολογιστή αυτό είναι λιγοστές. Έχει αποκτήσει το όνομα μονόλιθος, διότι θυμίζει σε πολλούς τον μονόλιθο της «Οδύσσειας του Διαστήματος» του Arthur Charles Clarke. Αποτελείται από ένα υπεραγώγιμο τσιπ των 128-qubit που ονομάζεται Rainier, το οποίο προστατεύεται με πολλά φίλτρα ακόμη και από τον θόρυβο και ψύχεται συνεχόμενα, σχεδόν στο απόλυτο μηδέν. Δεν κατασκευάστηκε ως αυτόνομος υπολογιστής, αλλά ως μέρος ενός μεγάλου συμβατικού υπολογιστή. Η εταιρεία κατασκευής του τον διαθέτει προς πώληση στην ιστοσελίδα της.

Στο μέλλον Εξαιτίας της μεγάλης δυσκολίας στην κατασκευή των κβαντικών υπολογιστών και της αδυναμίας τους να λειτουργούν αυτόνομα, είναι πιθανό στο μέλλον να χρησιμοποιηθούν υβριδικά συστήματα κλασικών και κβαντικών υπολογιστών.

Συμπεράσματα 1. Κατασκευαστικά όρια: Οι σημερινοί υπολογιστές είναι βασισμένοι στο πυρίτιο, το οποίο θα συναντήσει τα κατασκευαστικά του όρια σύντομα. 2. Κρυπτογραφία: Η ανάγκη για παγκόσμια διαδικτυακή κρυπτογραφία είναι μεγάλη στις μέρες μας. 3. Αδυναμία ισχύος επεξεργασίας: Ο σημερινός υπολογιστής αδυνατεί να λύσει διάφορα πολύπλοκα μαθηματικά προβλήματα. και ένα καίριο ερώτημα που θέτει ηθικά διλήμματα Χρειάζεται να αντικατασταθεί ο συμβατικός υπολογιστής;

Η ΕΝ ΑΘΗΝΑΙΣ ΦΙΛΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ «Από έναν στοχασμό του 1960 στο βραβείο Νobel Φυσικής του 2012: νανοτεχνολογία, παρόν και μέλλον» Κβαντικός υπολογιστής Κωνσταντίνος Πουλαντζάς, Γεώργιος Στεφαδούρος, Εμμανουήλ Στυλιανάκης, Άγγελος Τασσόπουλος, Βασίλειος Φιλιππακόπουλος Υπεύθυνες Καθηγήτριες: Ευδοκία Πατσιλινάκου Μαρία Δημητροπούλου