Hvordan fungerer kvantecomputere? - Enkelt forklaret
I dag arbejder forskere kontinuerligt med kvantecomputere. IBM lancerede for nylig sin første kvantecomputer. Vi forklarer, hvordan disse fungerer her.
Kvantecomputere: Det er hvad der kaldes qubits
Såkaldte qubits bruges i en kvantecomputer.
- Normale bit på computeren kan kun tage to forskellige værdier: 0 og 1 eller "tændt" og "slukket". Imidlertid kan en kvbbit være i en mellemtilstand på nul og en i et bestemt tidsrum, den såkaldte koherentid.
- I denne tilstand taler forskere om en superposition . Gennem en måling skifter qubit derefter til en af de to klart definerede tilstande, så måleresultatet kan gemmes i en klassisk bit. Teknisk set kaldes tabet af superposition decoherence .
- I laboratoriet er sådanne qubits lavet af ioner eller superledende sløjfer, såkaldte SQUID'er .
- Når man arbejder med ioner, svarer en uopspændt ion til tilstand 0 og en ophidset en til tilstand 1. Et atom med den lavest mulige energi siges at være uopløst. Hvis du tilføjer energi til et atom, er det imidlertid begejstret, fordi ydre elektroner når højere energiniveau. Iionerne kan ophidses med en laser.
Kvanteregistre - det skal du vide
Flere qubits er nødvendige for at løse aritmetiske operationer. Man taler om et såkaldt kvanteregister. Informationen distribueres derefter til alle qubits i et register.
- Et sådant kvantiregister består sædvanligvis af 14 ioner, der er lagret langs en akse i en afstand af et par mikrometer. Det er vigtigt, at disse qubits er lette at manipulere, men også er immun mod interferens.
- Dette betyder, at qubitene skal forblive i deres respektive tilstande så længe som muligt, indtil den aritmetiske operation er udført. Dekoherens, dvs. falder tilbage i en klassisk tilstand, skal udsættes så længe som muligt.
- Logiske operatører bruges til at manipulere de tilstande, der allerede er brugt inden for datalogi. I kvantecomputere kaldes disse operatører kvanteporte. Disse er afgørende for varigheden af bestrålingen og for lysets bølgelængde.
- Den enkleste handling er negation, kaldet IKKE . Tilstanden for en kvbit er simpelthen vendt eller negeret. I det binære system ville 0 blive 1 og vice versa. Denne vending sker meget hurtigt og meget ofte i rækkefølge og følger programmets algoritme.
- For at bestemme den indledende tilstand af et kvantegitter bestråles det med laserimpulser. Længden af bestrålingen kan bestemme sandsynligheden for, hvormed et atom er i den exciterede tilstand.
- Efter ca. ti mikrosekunder bestråling er en ion, der oprindeligt ikke er exciteret, i den ophidsede tilstand. Hvis dette atom imidlertid bestråles i kun halvdelen så længe, vil det være i den mellemliggende tilstand, da det er 50 procent mere sandsynligt at være i jordtilstand og 50 procent mere sandsynligt at være i den ophidsede tilstand.
- For at læse resultatet efter udførelse af algoritmen fyres en anden laserpuls med en anden bølgelængde mod ionerne. Fluorescens angiver, om de er ophidset eller ej. Computeren kan derefter bestemme de korrekte værdier.
Kvantecomputere: moderne i dag
På elektronikmessen i Las Vegas præsenterede IBM sin første markedsklare kvantecomputer i år.
- Sammenlignet med tidligere modeller beregner IBM Q Systems One allerede med 20 qubits, hvilket er en målestok for en korrekt fungerende kvantecomputer. Ifølge IBM har det formået at holde 20 qubits i forberedt tilstand i 75 mikrosekunder.
- En kvantecomputer med 50 qubits skal kunne sætte enhver klassisk supercomputer i lommen.
- IBM Q Systems One - en glasboks med en længde og bredde på to og en halv meter bør ikke tilbydes til salg. I stedet kan udvalgte brugere få adgang til det fra skyen og udføre beregninger.
Fra en kvantecomputer til et stansekort: Sådan så den allerførste computer ud
I det næste praktiske tip viser vi dig, hvordan du konverterer binære og hexadecimale tal korrekt.