Home » Stationær computer » Kom igang med kvantecomputer
Kom igang med kvantecomputer

Kom igang med kvantecomputer

Share

Alt om DATA introducerer dig for kvantecomputeren, den cooleste teknologi, der findes. Lær, hvordan den virker, og hvordan du kommer i gang

Begrebet kvantecomputer har tiltrukket sig opmærksomhed fra store virksomheder, akademikere og hobbyfolk. Denne artikel dækker historien, de forskellige former for kvantecomputer og logikken bag programmeringen. Du skal også stifte bekendtskab med nogle programmeringsværktøjer, som du kan komme i gang med.

Når man skal køre en kvantecomputer, skal det fysiske være i orden, så programmørerne kan manipulere og måle de endelige resultater. Videnskabsfolk har iagttaget kvanteeffekter i fotoner, elektroner og isotoper af mange materialer. Det betyder, at ingeniører bruger superledende materialer som niobium og aluminium til at konstruere anvendelige kvantercomputersystemer.

De logiske gates bliver lavet af siliciumwafers og bliver styret med mikrobølgesendere. Disse løsninger er muligvis ikke de bedste i det lange løb, men det er dem, der kører i øjeblikket. Når man vil bruge kvantecomputere, skal man bruge logik, der drager fordel af to begreber: super-position og entanglement. Når man begynder at udforske disse begreber, kan Bloch Sphere være med til at visualisere, hvad man skal gøre med forskellige gates. Programmerører kan bruge klassiske bit-gates sammen med kvantegates til at oprette de nødvendige algoritmer.

Mainstreammedier hylder kvantecomputere som markant hurtigere end de aktuelle modeller. Det viser sig dog, at de kun er hurtige på specifikke områder: kryptografi, optimering og database-søgninger. I kryptografi er mange algoritmer sikre, fordi faktorisering af store primtal med klassiske computere vil tage så lang tid, at det ikke giver praktisk mening.

Shors kvantealgoritme kan gøre det på få minutter. Optimering og simulationer kan nyde godt af en kvantecomputers evne til at teste mange løsninger på en gang. Databasesøgninger er hurtigere med en faktor fire. Og med hurtigere databasesøgninger bliver maskinindlæring også langt hurtigere.

Kvantecomputernes historie begynder med kvantefysik. I 1900 foreslog Max Planck som den første, at lys bliver båret i diskrete pakker, såkaldte kvanter. Denne opdagelse fik Einstein til at vise, at Planck havde ret.

Når videnskabsfolkene målte den fotoelektriske effekt, kunne de observere pakkernes adfærd. Disse to opdagelser førte senere til kvantefysikken. Men jo dybere videnskaben dykkede ned i tingenes kvantenatur, desto sværere blev det at forklare, hvordan det hænger sammen. I tilfældet kvantecomputere er de mest interessante udviklinger entanglement og superposition.

Se også:  Vi googler hele Google

Superposition er det fænomen, at en partikel eksisterer i mange positioner på samme tid. Det fik forskerne til at konkludere, at det måtte være muligt at lave en kvante-computer. En kvantecomputer er en computer, der kan foretage mange beregninger pr. operation.

Katten i kassen

Den berømte fysiker Schrödinger foretog et tankeeksperiment. Han beskriver en kat og en gasbeholder i en kasse. Gassen vil forgive katten, efter at den radioaktive henfaldelse af et atom frigiver gassen.

Processen er vilkårlig, og iagttagerne kan derfor ikke vide, om katten er død eller levende, før de åbner kassen. I kvantefysik betyder det, at katten er både død og levende, før nogen ser den. Når vi taler om katten, lyder det absurd, men i kvantefysik er det normalt. Det, Schrödinger sagde, var, at der må være en anden forklaring. En, der ikke var opdaget.

Et andet fænomen er entanglement, hvor to partikler har sammenflettede tilstande. Det betyder, at en partikels tilstand altid vil være modsat den anden, også hvis de ikke er sammen. I kvantecomputere skaber softwaren entanglement, og det er et CNOT-gate, der danner denne tilstand.

For at udnytte alle de fænomener, der er demonstreret i kvantefysik, måtte forskerne finde en metode til at bekrive, hvad der sker i mindre målestok. Når man skal programmere en computer, kræver den logiske operationer, også kaldet logiske gates. Kvantegates og klassiske logiske gates er samme sag op til et vist punkt. Kvantegates tilføjer funktioner til ændring af tilstande og entanglement.

Der skulle gå indtil 1970’erne, før verden så det første forsøg på at bruge kvanteeffekter på computere. Shannons informationsteori beskriver klassiske gates og andre aspekter ved databearbejdelse. Det er utilstrækkeligt til kvantecomputere, fordi det ikke specifikt beskriver kvanteeffekter.

Programmører bruger Bloch Sphere til at illustrere, hvordan kvantegates manipulerer qubits.

Kvanteinformationsteori blev forsøgt i 1976. I 1980’erne gjorde forskerne større fremskridt, delvis takket være kvantecomputerkonferencer, der blev afholdt af MIT og IBM. Andre interessante områder omfattede kvantekryptografi og den første universelle kvantecomputer.
Hvis programmørerne skulle gøre brug af alle den målte partikels tilstande, måtte de opfinde et formelt sprog. Kvanteinformationsteori skulle blive bedre. De forskellige gates er grundlaget for sådan en udvikling.

Se også:  5G er på vej - stadigvæk

Det er forvirrende at prøve at holde styr på, hvad de forskellige kvantetilstande er. For det første er den måde, de fungerer på, alt andet end intuitiv. For det andet er der mange forskellige roterende akser at holde rede på. Systemet er ikke kompliceret, men det omfatter atypiske tilgange, der er svære at begribe. Med det formål at få alle tilstandsovergangene til at give mening skabte fysikerne Bloch Sphere.

Peter Shor beskrev Shors algoritme i 1994. Denne algoritme løser problemet med at finde primfaktorer for store tal. Grundlaget for al kryptering er, at man ikke kan løse dette problem på en overskuelig tid. Kvantecomputere kan løse problemet på få minutter. Interessen for kvantecomputere steg kolossalt.

Kort efter Shors opdagelse opfandt Lov Grover Grover-algoritmen. Den er bedst kendt som databasesøgealgoritmen, men den er også nyttig til andre opgaver.

I de følgende årtier opfandt forskerne nye funktioner Kvantefejlretning og fejltolerante kvantecomputere var blandt de vigtigste. Den første demonstration af en kvantecomputer fandt sted i 1998. Herefter accelererede udviklingen.

Kryptering kan komme i fare

Et stort spørgsmål er, om krypteringssystemer bliver bragt i fare af kvante-computere. Den største bekymring gælder RSA-kryptering. Systemet er sikkert, fordi det bygger på den omstændighed, at faktorering af et stort tal i dets primfaktorer er for tidskrævende. Når man prøver at finde primtallene, findes der mange strategier, og den enkleste består i at gætte og prøve.

Det er dog ikke nogen praktisk løsning, eftersom et tal på 2.048 bit vil have millioner af løsninger. Nogle strategier kan reducere antallet af mulige løsninger, men selv de stærkeste metoder kræver op til flere millioner år. Med de rigtige algoritmer vil en kvantecomputer kunne reducere det tidsrum til et praktisk niveau.

Man arbejder på at lave andre algoritmer, der ikke kan brydes på denne måde. Det er klogt, men risikoen for, at en kvantecomputer kan klare det før om 15 år, er lav. De kvantecomputere, der findes i dag, er både små og svære at programmere. Og der er kun få og spredte programmeringsmiljøer.

Som du kan læse andetsteds i denne artikel, vil vi stadig indstille nogle få qubit-tilstande og vride tilstandene. At konvertere denne praksis til en effektiv krypteringsbryder ligger langt ude i horisonten.

TAGS
Bloch Sphere
innovation
kvantecomputer

DEL DENNE
Share

Seneste Tech test
Seneste konkurrencer

Mest populære
Populære
Nyeste
Tags

Find os på de sociale medier

Modtag dagligt IT-nyhedsbrev

Få gratis tech-nyheder i din mail-indbakke alle hverdage. Læs mere om IT-UPDATE her

Find os på FaceBook

Alt om DATA

Lautrupsgade 7,
DK-2100 København Ø
Telefon: 33 91 28 33
redaktion@altomdata.dk

Datatid TechLife

Lautrupsgade 7,
DK-2100 København Ø
Telefon: 33 91 28 33
redaktion@datatid.dk

Audio Media A/S

CVR nr. 16315648,
Lautrupsgade 7,
DK-2100 København Ø
Telefon: 33 91 28 33
info@audio.dk
Annoncesalg / Prislister:
Lars Bo Jensen: lbj@audio.dk Telefon: 33 74 71 16
Annoncer: Medieinformation


Alt om DATA, Datatid TechLife  © 2019
Privatlivspolitik og cookie information - Audio Media A/S