Vabablogi 1

Vaakumtorud, transistorid ja Majorana fermionid: Kas tulevik kuulub kvantkomputatsioonile?

Vaakumtorud, nagu me kõik teame, olid kunagi arvutitehingute rajad. Need suured ja soojad elektroonilised seadmed, mis kasutasid elektrivoolu kontrollimist, et esitada binaarseid väärtusi (0 ja 1), olid oma ajastu tipptasemel. Kuid vaatamata oma tohutule potentsiaalile olid nad ebatäiuslikud – suurenenud soojus, madal töökindlus ja pidev vajadus jahutuse järele panid nad lõpuks kõrvale, andes teed transistoritele.

Transistor oli suur tehniline läbimurre, millel oli tohutu mõju kõikidele elektroonilistele seadmetele. See väike, usaldusväärne ja energiatõhus komponent muutis infotehnoloogia maastiku igaveseks. Transistor ei asendanud mitte ainult vaakumtorusid, vaid andis ka bitile võimaluse särada, kuna see võimaldas digitaalse aritmeetika läbiviimist palju kiiremini, täpsemalt ja väiksemas mõõtmes. Viimased 75 aastat on olnud transistori valitsemisaeg – meie praegune maailm on üles ehitatud nende väikeste, aga võimsate lülitite ümber.

Kuid nüüd, 21. sajandi alguses, oleme jälle uue revolutsiooni äärel. Selleks ei ole klassikaline transistor, vaid täiesti uus idee, mis võib võtta üle ja muuta arvutite maailmakorra – Majorana fermionid ja kvantkomputatsioon.

Mis on Majorana fermionid?

Microsoft on keskendunud topoloogilise kvantkomputatsiooni arendamisele, kasutades Majorana fermione - erilise omadusega osakesi, mis võivad olla omaenda antiparalellid. Kuigi see võib kõlada nagu midagi ulmekirjandusest, on Majorana fermionid quantum-mehaanika maailmas midagi tõeliselt revolutsioonilist. Nad võivad olla potentsiaalsed kvantbitid (qubitid), mis on ülimalt vastupidavad keskkonnamüra ja vigade suhtes. Tänu oma topoloogilistele omadustele omavad Majorana fermionid potentsiaali lahendada kvantkomputatsioonis suurimaid väljakutseid – vigu ja dekoreerumist.

Kas Majorana fermionid on kvantkomputatsiooni lahendus?

Kui Majorana fermionide kasutusele võtmine õnnestub, võib see tähendada suurt sammu edasi kvantkomputatsiooni valdkonnas. Kuid isegi Microsofti suurte pingutuste juures pole me veel seal, kus võiksime näha laialdaselt toimivaid kvantarvuteid. Siiski, kui see tehnoloogia realiseerub, võib see avada täiesti uue ajastu.

Sellel võiks olla tohutu mõju mitte ainult teaduses, vaid ka igapäevaelus, olles võimeline lahendama keerulisi probleeme, mida tänapäeva arvutid ei suuda kunagi lahendada – näiteks materjalide teaduses, krüptograafias või meditsiiniuuringutes.

Kas see tähendab transistorite lõppu?

Küsimus, kas Majorana fermionid lõppkokkuvõttes ka suretavad välja transistori, on huvitav. Transistorite tööpõhimõtteid ei saa lihtsalt "ära tühistada", kuna nad on igasuguste tänapäevaste arvutite ja elektroonikaseadmete aluseks. Kvantkomputatsioon, eriti Majorana fermionide põhjal, on pigem täiendus olemasolevatele süsteemidele, mitte nende asendaja.

Kuna kvantarvutid on täiesti erinevad klassikalistest arvutitest, on neid tõenäoliselt mõeldud kasutamiseks eriti keerulistes ja spetsiifilistes ülesannetes, kus tavapärased, transistoripõhised masinad ei suuda hakkama saada. Transistorite ajastu ei pruugi kunagi täiesti lõppeda, kuna need jäävad igapäevaelu ja igasuguse klassikalise arvutitehnika nurgakiviks. Kvantkomputatsioon ja Majorana fermionid aga võivad tähendada täiesti uut maailma, kus toimub kvantfüüsika abil uus lähenemine arvutusvõimsusele.

Majorana fermionid võivad tõepoolest olla järgmine suur samm arvutitehnoloogia ajaloos – need osakesed võivad muuta kvantkomputatsioonide palju tõhusamaks ja ulatuslikumaks. Kuid kas nad hakkavad asendama transistorit? Ebatõenäoline. Transistoreid on pea võimatu "välja vahetada", kuna nad omavad üüratut suurt osa igapäevaelu arvutitehnikas, kvantkomputatsioon omab potensiaali saada selle täienduseks, mis suudab tegeleda täna veel lahendamata probleeidega. Seega, kas Microsofti Majorana fermionid viivad meid järgmisele tasemele - tõenäoliselt, ja muudavad transistori ajaloos muuseumitükiks - pigem mitte.