Bevezetés – a kvantumjelenségek és a kvantumszámítógépek

Ebben részben a kvantummechanika „különleges” világába tekintünk be, illetve megnézzük az ezekre a jelenségekre épülő számítási módszerek alapjait. A fizikai világ felépítése elemi részecskékből, azok fizikai jellemzői pedig meghatározott értékekből, kvantumosan tevődik össze: pl. egy adott atomban az elektron energiája csak meghatározott értékű lehet, amit az elektron pályája (állapota) meghatároz. Ahhoz hogy az elektron átmenjen egy másik pályára jól meghatározott értékű energia szükséges, vagy szabadul fel (pl. elnyelt vagy kisugárzott foton formájában).

A kvantummechanika a XX. század egyik legnagyobb tudományos áttörése. Rengeteg a klasszikus fizika által nem leírható jelenséget sikerült általa megmagyarázni (pl. szupravezetés). Ezen fizikai jelenségek ma már a napjaink részei, többségük megtalálható napjaink háztartási eszközeiben is. A kvantummechanika megértése és használata nélkül nem lennének ma elektronikus számítógépeink, tévénk, stb., vagy teljesen máshogy néznének ki (sokkal nagyobbak lennének) a hasonló célra használt berendezéseink. Az viszont, hogy olyan hatékony kvantumszámítógépet építsenek, amely a gyakorlatban old meg más eszközzel nem megoldható feladato(ka)t (pl. a sakk játékot), a XXI. század feladata. Pár évenként felröppen a hír, hogy mindjárt itt a nagy áttörés, és lesz működő kvantumszámítógép, de valahogy ez, vagy ennek a közhírré tétele, eddig mindig elmaradt. A legutóbbi nagy lökést a 2012 évi fizikai Nobel-díj jelentette, amit kvantumoptikával foglalkozó fizikusok kaptak; kísérleteik (amik egymástól függetlenek, de hasonló témájúak) pedig mérföldkőnek számítanak a kvantumszámítógépek megvalósulása felé vezető úton.

A következő fejezetben elsősorban a kvantummechanikának a klasszikus fizika szempontjából nézve fura jelenségeire koncentrálunk. Az ezt követő fejezetekben pedig megnézzük a kvantumszámítások alapvető fogalmait, mint pl. a kubit, illetve néhány széles körben ismert kvantumalgoritmust ismertetünk röviden, a teljességre való törekvés nélkül.