čtvrtek 20. března 2014

Všichni muži kvantového algoritmu



Prvním, kdo nalezl kvantové polynomiální algoritmy byl Peter Shor. Skončilo tím tak období, kdy nebylo jasné, jestli lze prakticky využívat hypoteticky zkonstruovaný kvantový počítač. Matematik dokázal, že existuje teoretický princip řešení problému - pokud se tedy po technické stránce podaří sestrojit zařízení - kvantový počítač, tak algoritmy pro výpočty, které by prováděl, bude mít připravené.

Fakta
Američan Peter W. Shor se narodil 14.srpna 1959. Zabývá se teorií počítačů a zřejmě nejvíce ho proslavila jeho práce týkající se těch kvantových.
Pracuje jako profesor aplikované matematiky na MIT a také v Center for Theoretical Physics (CTP).
Bakalářem matematiky se stal na Caltechu v roce 1981, Ph.D. z aplikované matematiky získal na MIT v roce 1985.
V roce 1994 jako zaměstnanec AT&T Bell Laboratories navrhl kvantový algoritmus provádějící rozklad celého čísla na jeho prvočinitele, který běží v polynomiálním čase. Tento Shorův algoritmus na faktorizaci velkých celých čísel využívá kvantového paralelismu.
Obdržel řadu ocenění - například v roce 1998 Nevanlinna Prize, v roce 1999 MacArthur Fellowship a Gödel prize.
V roce 2001 v laboratořích IBM - Almaden Research Center - byl na sedmi qubitovém kvantovém počítači za použití nukleární magnetické rezonance, poprvé předveden Shorův algoritmus a dokázáno tak, že skutečně funguje. Při pokusu bylo rozloženo číslo 15 na činitele 5 a 3.

Kvantový algoritmus.
Shorův kvantový algoritmus byl sice první, ale bylo by víc jak nespravedlivé, nepřipomenout si matematikovi následovníky, kteří algoritmus ještě zdokonalili, ale i teoretické předchůdce:
Člověk, jehož jméno se spojuje s kvantovým počítačem je David Deutsch (narozen 1953), první článek o kvantové mechanice a vlastně i o kvantovém počítači napsal podle svých slov v roce 1977, ale když ho nabídl do Physical Review, byl redaktory odmítnut a vyšel až v roce 1984 v International Journal of Theoretical Physics.
Právě on jako první na světě definoval kvantový algoritmus a to v roce 1985, rovněž určil, že tento algoritmus, který bude využíván v kvantovém počítači opravdu velmi razantně urychlí řešení některých úloh. Jenže v tomto roce se to spíše podobalo bláznivé sci-fi prognóze, neexistoval žádný algoritmus který by byl efektivnější než ty klasické, a také ještě mnoho let scházelo do roku 1998, kdy byly v laboratořích IBM úspěšně zakončeny první pokusy s sice pro složité výpočty zatím nepoužitelným, ale přesto už kvantový počítačem.
V roce 1980 rusky matematik Jurij Manin (v pozdějších letech spolupracovník výzkumného centra IBM a Bell Labs) hovořil o tom, že miniaturizace integrovaných obvodů může vést k vytvoření zcela nového typu počítače pracujícího s kvantovými algoritmy.

Zanedlouho po tom co Shor v roce 1994 navrhl kvantový algoritmus se podařilo ruskému fyzikovi Alexeji Kitajevovi jej zobecnit.
V roce 1996 Shorův kolega z Bell Labs Lov Grover ukázal, že kvantové počítání je mnohem efektivnější než to, co nyní běžně používáme, a to nejen například při dekódování šifer, ale i při hledání v neuspořádaných bázích dat - jako je například hledání v telefonním seznamu - podařilo se mu totiž vytvořit kvantový algoritmus rychlého hledání v neuspořádaných bázích dat - Groverův algoritmus.