Kvantdator

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
Ett exempel på en krets som föreslagits för kvantdatorer

Kvantdatorn är en dator som använder kvantmekanik för att utföra vissa specifika typer av beräkningar.[1] För generella beräkningar är kvantdatorer inte snabbare än dagens datorer, men när Google i januari 2014 testade kvantdatorn D-Wave 2 visade det sig att den för vissa speciella problem var 35000 gånger snabbare än en vanlig dator.[2]

2015 är utvecklingen av en kvantdator fortfarande i sin begynnelse, men experiment har utförts där kvantberäkningar har lyckats i liten skala, med ett smärre antal qubitar.[3]

Historik[redigera | redigera wikitext]

Tanken att konstruera en supersnabb kvantdator väcktes på allvar av den ryske matematikern Jurij Manin 1980,[4] och den amerikanske fysikern Richard Feynman 1982.[5][6] Dess förinnan hade den på ett mer teoretiskt plan diskuterats redan 1968.[7]

Kvantbitar[redigera | redigera wikitext]

Den grundläggande enheten i kvantdatorer är kvantbiten eller "qubit". Dessa dataenheter kan anta värdena noll (0), ett (1) eller ett supervärde som är både noll och ett på samma gång. Den största utmaningen vid konstruktionen av kvantdatorn är att utveckla ett system som kan läsa av eller förändra kvantbitarnas tillstånd, så att rätt "svar" kan avläsas.[8]

Kvantalgoritmer[redigera | redigera wikitext]

En kvantdator kan i princip göra allt en vanlig dator kan göra. För att utnyttja de speciella egenskaperna hos kvantdatorn krävs dock speciella beräkningsmetoder, algoritmer. Exempel på sådana algoritmer som utvecklats är Shors algoritm för primtalsfaktorisering av heltal, samt sök- och sorteringsalgoritmer.

I februari 2007 höll det kanadensiska företaget D-Wave en demonstration av vad de hävdade vara en kvantdator, som skulle bestå av en 16-qubits supraledande adiabatisk kvantprocessor.[9] D-Wave har inte släppt några detaljer om sin kvantdator och många experter har uttryckt skepsis.[10]

Under våren 2009 kunde forskarna vid Yale University, University of Waterloo, Atominstitut der Österreichischen Universitäten och Université de Sherbrooke demonstrera en kvantprocessor som kunde utföra några enkla kvantalgoritmer, "the Grover search" och "Deutsch–Jozsa"-algoritmerna. [11] Brittiska forskare, som utvecklat ett chip som öppnar en ny väg för s.k. kvantdatorer, tror att vi kan ha kvantdatorer inom tio år.[12]

Tillämpningar[redigera | redigera wikitext]

Fastän det bara finns en handfull användbara algoritmer utformade för kvantdatorer, menar forskare att deras tillämpning kommer visa sig vida mer nyttig än dagens teknik för att simulera ett stort antal biologiska, kemiska och fysikaliska system.[13] På så vis kan de bli standardverktyget för en hel mängd nya industrier, såsom läkemedels- och materialdesign. Detta beror på att det blir potentiellt möjligt att angripa helt nya problem genom att utföra parallellberäkningar med hjälp av ett relativt litet set qubitar — kanske så få som några hundra. Här har ett par internationella grupper med tyngdpunkt i Australien gjort framsteg.[14]

Kvantdatorn blir också ett kraftfullt verktyg inom kryptoanalysen.[15][16] Vid ett problem med dessa fyra egenskaper är kvantdatorn ett oerhört bra hjälpmedel:

  1. När enda sättet att lösa problemet är att gissa upprepade gånger och kontrollera gissningen
  2. Antalet möjliga svar är lika med antalet gissningar
  3. Varje möjligt svar tar lika mycket tid att kontrollera
  4. När det inte finns några ledtrådar till vilket svar som kan vara det rätta

Dessa egenskaper stämmer väl överens med att knäcka lösenord. För en kvantdator blir då den tid som behövs för att knäcka lösenordet proportionell mot kvadratroten av antalet möjliga lösningar.[17]

Dr. Dzuraks grupps bidrag inbegriper att sätta en enstaka elektron — inbakad i ett kiselchip — i ett “kvanttillstånd,” och sedan upprepande mäta tillståndet. I februari 2012, publicerade ett annat team med bas vid University of New South Wales sina framsteg i en artikel i tidskriften Nature Nanotechnology: konstruktion av en single-atom transistor med användning av en annan men snarlik design.

I populärlitteraturen[redigera | redigera wikitext]

Kvantdatorer har förekommit i en del science fiction-litteratur, som exempelvis boken Nyaga av Peter Nilson.

Referenser[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Neil Gershenfeld, Isaac L. Chuang. ”Quantum Computing with Molecules” (på engelska). Scientific American. http://cba.mit.edu/docs/papers/98.06.sciqc.pdf. Läst 4 april 2015. 
  2. ^ Google testar sin kvantdator, Nordic Hardware 2014-01-14
  3. ^ Gershon, Eric (14 januari 2013). ”New qubit control bodes well for future of quantum computing”. Phys.org. http://phys.org/news/2013-01-qubit-bodes-future-quantum.html. 
  4. ^ Manin, Yu. I. (1980) (på ryska). Vychislimoe i nevychislimoe (Computable and Noncomputable). Sov.Radio. http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/MANIN_Yuriy_Ivanovich/Manin_Yu.I._Vychislimoe_i_nevychislimoe.(1980).%5Bdjv%5D.zip. Läst 4 april 2015 
  5. ^ Feynman, R. P. (1982). ”Simulating physics with computers” (på engelska). International Journal of Theoretical Physics "21" (6): sid. 467–488. doi:10.1007/BF02650179. 
  6. ^ Deutsch, David. ”Quantum computation” (på engelska). Physics World. 
  7. ^ Finkelstein, David (1968) (på engelska). Fundamental Interactions at High Energy (kapitelet Space-Time Structure in High Energy Interactions). Gordon & Breach, New York 
  8. ^ ”On the power of quantum computation” (på engelska). Foundations of Computer Science, 1994 Proceedings., 35th Annual Symposium on: sid. 116–123. 1994. doi:10.1109/SFCS.1994.365701. 
  9. ^ ”Comment on D-Wave”. http://www.wired.com/news/technology/0,72734-0.html?tw=wn_technology_1.  av David Deutsch
  10. ^ Jason Pontin (2007). ”A Giant Leap Forward in Computing? Maybe Not”. The New York Times Company. http://www.nytimes.com/2007/04/08/business/yourmoney/08slip.html?pagewanted=1&ei=5088&en=571f33b3b7cd5684&ex=1333684800&partner=rssnyt&emc=rss. Läst 8 april 2007. 
  11. ^ L. DiCarlo, J. M. Chow, J. M. Gambetta, Lev S. Bishop, B. R. Johnson, D. I. Schuster, J. Majer, A. Blais, L. Frunzio, S. M. Girvin & R. J. Schoelkopf (2009). ”Demonstration of two-qubit algorithms with a superconducting quantum processor”. Nature. http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature08121.pdf. Läst 1 juli 2009. 
  12. ^ Tomas Augustsson; Kvantdatorer - mer än ettor och nollor, Artikel i Svenska Dagbladet (2010-10-04).
  13. ^ DiVincenzo, David P. (1995). ”Quantum Computation” (på engelska). Science "270" (5234): sid. 255–261. doi:10.1126/science.270.5234.255. 
  14. ^ Australians Surge in Quest for New Class of Computer, New York Times (2012-09-28).
  15. ^ ”Quantum Information Science and Technology Roadmap” (på engelska). http://qist.lanl.gov/qcomp_map.shtml. Läst 4 april 2015. 
  16. ^ Lenstra, Arjen K. (2000). ”Integer Factoring” (på engelska). Designs, Codes and Cryptography "19" (2/3): sid. 101–128. doi:10.1023/A:1008397921377. http://sage.math.washington.edu/edu/124/misc/arjen_lenstra_factoring.pdf. Läst 4 april 2015. 
  17. ^ Steven Rich, Barton Gellman (2 januari 2014). ”NSA seeks to build quantum computer that could crack most types of encryption” (på engelska). Washington Post. http://www.washingtonpost.com/world/national-security/nsa-seeks-to-build-quantum-computer-that-could-crack-most-types-of-encryption/2014/01/02/8fff297e-7195-11e3-8def-a33011492df2_story.html?hpid=z1. Läst 4 april 2015. 

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]