Predstavme si, že by existovali paralelné svety a že by sme vedeli vytvára? mosty medzi naším vesmírom a susednými paralelnými vesmírmi. Mohli by sme nahliadnu?, ako to u "susedov" vypadá. Nie je to tak fantastická myšlienka, akou sa na prvý pohľad zdá by?! Súčasná fyzika, napriek tomu, že sa vzletným pomenovaniam ako paralelné svety vyhýba, ich pozná. Oblas? vedy, ktorá sa nimi zaoberá, t. j. kvantová teória, je najúspešnejšou fyzikálnou teóriou vôbec.



Kvantovomechanické poučky uvedené do dôsledkov predpovedajú, že aj makroskopické objekty, pokiaľ sa nimi narába dostatočne pozorne, musia vykazova? kvantové vlastnosti, čo inými slovami značí, že môžu existova? vo viacerých stavoch súčasne. Odtiaľ je len krok ku konštatovaniu, že aj vesmír ako celok môže existova? vo viacerých verziách súčasne, a teda je len prirodzené očakáva?, že tieto iné vesmíry sa s väčšou či menšou pravdepodobnos?ou "odohrávajú" paralelne popri našom vesmíre! Autorom fantastických románov teda nič nebráni v tom, aby ďalej chovali viac či menej priateľských mimozemš?anov v paralelných dimenziách. Avšak skutočné dobrodružstvo vyplývajúce z existencie paralelných vesmírov sa skrýva, dovolím si tvrdi?, kdesi úplne inde.







PRINCÍP SUPERPOZÍCIE

Napriek všetkým prekvapeniam, ktoré by nám prípadné nahliadnutie do paralelných vesmírov mohlo pripravi?, žiadne z nich sa zrejme nemôže zrovnáva? zo šokujúcimi skutočnos?ami, vyplývajúcimi z aplikácie kvantovej teórie na informačné technológie. Kľúčovým princípom je práve kvantový paralelizmus: kvantový počítač nie je "kvantový" preto, že narába s "kvantami" energie, t. j. fotónmi alebo elektrónmi (napokon, s takýmito kvantami narábajú aj klasické počítače), ale preto, že v ňom možno uplatni? základný princíp kvantovej teórie, t.j. princíp superpozície. Ak Ψ1 a Ψ2 sú prípustné kvantové stavy systému (sú to riešenia Schrödingerovej rovnice, opisujúcej daný kvantový systém), potom aj stav daný superpozíciou týchto dvoch stavov, čiže stav Ψ=Ψ1+Ψ2, je prijateľným stavom, v ktorom sa môže tento fyzikálny systém nachádza?. Aplikovaním matematickej indukcie potom prídeme k záveru, že aj stav daný superpozíciou troch, štyroch, atď., t. j. ľubovoľného množstva základných (bázových) stavov je prijateľný stav, v ktorom sa daný fyzikálny systém môže nachádza?.





VLNOVÁ FUNKCIA ČASTÍC

Znie to možno trochu komplikovane, a trochu komplikované to aj je, keď sa opýtame, ako to možno "namera?". Avšak v princípe to nie je nič iné než konštatovanie, že každá častica či súbor častíc či ľubovoľný fyzikálny systém sa môže nachádza? v rôznych stavoch zároveň, t. j. môže by? na dvoch priestorovo vzdialených miestach zároveň, alebo môže súčasne nadobúda? rozdielne energie či hybnosti... Keďže budeme o kvantových systémoch hovori? vo všeobecnosti, budeme všetky merateľné fyzikálne vlastnosti, akými sú napr. poloha, energia, hybnos?, spin atď. označova? pojmom pozorovateľná (pozor, je to podstatné meno, nie prídavné!). Ak interval pozorovateľných nadobúda spojitý charakter (napr. poloha elektrónu v atóme má spojitý charakter, zatiaľčo jeho energia môže nadobúda? iba určité diskrétne hodnoty), hovoríme o vlnovej funkcii častice, ktorá môže prebieha? celým priestorom polôh alebo hybností. Nech nás však nenavádza pojem vlnová funkcia myslie? si, že ide o nejaký priestorom šírený "objekt" kauzálne viazaný na zdrojovú časticu. Podobnú vlnovú funkciu možno totiž pripísa? aj iným pozorovateľným, ktoré nie sú "priestorové", napr. energii, hybnosti, ale aj času nejakého deja. Avšak nie je to ani vymyslená "matematická konštrukcia", aj keď sa s podobnou argumentáciou môžeme často stretnú?. Vždy si treba uvedomi?, že za vlnovou funkciou sa skrýva úplne reálna paralelná existencia nesmierneho počtu možností výskytu častice s danou hodnotou pozorovateľnej, pričom jednotlivé hodnoty pri meraní nachádzame s väčšou či menšou pravdepodobnos?ou. (V odbornej literatúre sa hovorí o váhe resp. význame alebo "amplitúde pravdepodobnosti" jednotlivého stavu.) A najlepšie, ako si to všetko predstavi? a nezblázni? sa načisto pri takom intelektuálnom výkone, je predstavi? si nesmierne množstvo paralelných vesmírov, ktoré vždy obsahujú danú časticu s jedinou hodnotou napr. polohy alebo energie, tak, ako sme zvyknutí z klasickej fyziky. Vlnovú funkciu potom chápeme ako súčet teda superpozíciu týchto jednotlivých vesmírov, ktoré sú však určitým spôsobom v tomto súčte váhované (sú im prisúdené rôzne amplitúdy pravdepodobnosti).





SPOR O INTERPRETÁCIU

Interpretácia kvantovej teórie založená na predstave paralelných vesmírov, ktorú zaviedol Hugh Everett III v pä?desiatych rokoch, nie je pravda jediná možná. Pozorovateľné fakty veľmi dobre vystihuje už Schrödingerov alebo Heisenbergov obraz interpretovaný Bohrom a Bornom (známa Kodaňská interpretácia), kde sa však merací prístroj vždy opisuje klasicky, ako keby sa meracie prístroje a pozorovatelia, ktorí ich používajú, neskladali z tých istých elektrónov a protónov, ktoré sú nimi pozorované! Okrem toho sa neustále objavujú pokusy vysvetli? kvantové javy čisto klasickou teóriou založenou na tzv. skrytých parametroch, ktoré podľa týchto predstáv unikajú priamemu meraniu, avšak v súčinnosti vedú k pozorovanému "podivnému" správaniu kvantových objektov.



Veľmi významným pokrokom v interpretácii kvantovej teórie zo sedemdesiatych a osemdesiatych rokov bolo preto stále presnejšie overovanie tzv. Bellových nerovností. Bell ukázal, že nech už je mechanizmus skrytých parametrov akýkoľvek, museli by pozorovateľné určitých párov častíc spĺňa? kritériá dané nerovnos?ami (niečo ako známa trojuholníková nerovnos? – vzdialenos? bodov A a C je vždy menšia ako A a B plus B a C). Experimenty ukázali, že nerovnos? možno poruši? – a to sa v klasickej mechanike nemohlo sta?! Zároveň sa preukázalo, že vzdialenos? častíc, ktorých stavy sú kvantovo previazané (v angličtine entangled), nehrá prakticky žiadnu úlohu – spočiatku to boli rádovo rozmery laboratórnych stolov, dnes sa experimenty s kvantovo previazanými časticami uskutočňujú na vzdialenosti desiatok kilometrov. Kvantová mechanika tak stráca poves? "teórie mikrosveta".





ZA HRANICE KLASICKÉHO SVETA

To že s kvantovými superpozíciami je potrebné narába? ako s fyzikálnou realitou, a nie iba ako s abstraktnou myšlienkovou konštrukciou, je možné najlepšie postrehnú? práve na predstave kvantového počítača: kvantový počítač by predsa bez reality kvantového paralelizmu nemohol prináša? výsledky!



Môžeme pre ilustráciu vytvori? myslený kvantový počítač o stavovom slove dĺžky 256 qubitov (qubit, z anglického quantum bit, môže nadobúda? nielen bázové stavy 0 a 1, ale aj ich superpozíciu a00+a11, kde a0 a a1 sú ľubovoľné komplexné čísla). To nie je zďaleka nepredstaviteľné množstvo – môže by? realizované napr. ako retiazka 256-ich atómov v lineárnej iónovej pasci alebo vo forme 256-ich kvantových bodov v polovodičovom materiáli. Ak by informačným médiom mali by? fotóny (logickú 0 by mohla v takom prípade reprezentova? horizontálna polarizácia fotónu a logickú 1 vertikálna), mohli by sme ľahko spozorova? dátovú zbernicu vo forme 256-ich optických vlákien nie nepodobnú zberniciam klasických počítačov... avšak tu sa podobnos? asi končí, pretože to, čo nasleduje, prekonáva všetko, čo pozná klasická fyzika spolu s klasickou logikou!



Ak jeden qubit možno da? do superpozície jeho dvoch základných stavov 0 a 1, potom dva qubity do superpozície štyroch základných stavov 00, 01, 10 a 11, tri qubity do superpozície ôsmych... Teda 256 qubitov môže reprezentova? paralelný výskyt 2256 jednotlivých bázových stavov a takto pripravený kvantový počítač sa svojím výpočtovým výkonom rovná klasickému paralelnému superpočítaču s 2256 jednotlivých procesorových uzlov. Takýto paralelný počítač však nie je a nikdy nebude možné zostroji?, pretože vo vesmíre nie je toľko jednotlivých atómov (vo vesmíre je asi 1080 = 2265 nukleónov)!



Takéto nekompromisné ví?azstvo kvantovej reality nad klasickými predstavami si bude musie? na svoju praktickú realizáciu ešte nejaký čas počka?, pretože stavba kvantového počítača je po teoretickej a inžinierskej stránke veľmi náročná. Skôr než o 10-20 rokov sa s ňou ani neuvažuje. Avšak jedného dňa tu nepochybne toto čudo riešiace klasickými prostriedkami neriešiteľné problémy bude a my budeme musie?, chtiac-nechtiac, pripusti? realitu kvantového paralelizmu – realitu toho nespočetného množstva paralelných, vzájomne integrujúcich vesmírov.





APLIKÁCIE KVANTOVEJ INFORMAČNEJ TECHNOLÓGIE

Zvýšenie výpočtového výkonu, aj keď nad všetky doteraz predstaviteľné medze, však neznamená posledné slovo kvantovej teórie informácie. Existujú v kvantovej oblasti riešiteľné úlohy, ktoré vyslovene odporujú klasickej logike, napríklad úloha nájs? zaručene dobrú "bombu" bez toho, aby "vybuchla" (za normálnych okolností si môžeme by? istí, že bomba bola dobrá, až potom, čo už explodovala). Pritom príslušné experimentálne overenie fungovania kvantovej logiky bolo už úspešne uskutočnené, aj keď sa nejednalo o skutočné bomby, ale o "bomby" atómových rozmerov. Celkom praktickou sa zdá by? možnos? využitia absolútne bezpečného šifrovania správ, ktoré ponúka pomerne rozsiahle rozpracovaná oblas? kvantovej kryptografie. Experimentálna komunikácia pomocou kvantovošifrovaných optických kanálov sa úspešne overuje do vzdialeností rádovo desiatok kilometrov, okrem iných lokalít aj vo Švajčiarsku, ktorého prosperita súvisí s ochranou dát klientov bankových domov veľmi významne.



PERSPEKTÍVY KVANTOVEJ INFORMÁCIE

Napokon, je tu sama fyzikálna teória, ktorá spätne môže ?aži? zo zistení v oblasti kvantovej informácie. Nie je celý vesmír obyčajný kvantový počítač? A nie je náhodou ľudský mozog tiež kvantový počítač a nie klasický (či už digitálny alebo analógový), ako sme si doteraz mysleli? Nové pohľady na fyzikálne procesy z perspektívy kvantovej informácie môžu prispie? k pochopeniu štruktúry mikrosveta a pomôc? uzrie? svetlo sveta kvantovej teórii gravitácie. Aj jednu z najväčších záhad kvantovej mechaniky - prečo sa makrosvet javí ako "klasický" a mikrosvet ako "kvantový" a kde a prečo je medzi nimi deliaca čiara a čo ju spôsobuje - možno pochopi? na modeloch informačných tokoch medzi kvantovým systémom a jeho okolím.



Nie je vôbec prehnané očakáva? podobný vplyv novej kvantovej technológie na všetky oblasti ľudského života, aký nastal zavádzaním informačných technológií. Hlboké uvedomenie si toho, o čom je vlastne reč, môže zanecha? nezmazateľnú stopu nielen vo filozofii vedy, keď nepochybne sa budú musie? prehodnoti? jej logické základy, prípadne v osnovách stredných a vysokých škôl (dnes sa informačné technológie stávajú prakticky povinnými predmetmi), ale aj v kultúre a celej spoločenskej atmosfére. Zrejme tak ako vrcholiaci vek atómu, počítačov a komunikácií dominoval poslednému polstoročiu, bude 21. storočie, aspoň do nezanedbateľnej miery, storočím kvantovej teórie a kvantových informačných technológií.