Hvad er en kvantecomputer?

En kvantecomputer er enhver enhed, der udnytter kvantemekaniske fænomener til at køre algoritmer. Da kvantecomputere grundlæggende har forskellige beregningsegenskaber end konventionelle computere, omtales data, der findes i kvantecomputere, som qubits snarere end bit. I konventionelle computere er data repræsenteret ved mikroskopiske riller på en harddisk. I en kvantecomputer repræsenteres data af kvanteegenskaberne for et givet molekyle eller sæt molekyler.

I stedet for at udføre beregninger ved at hente data fra en harddisk og behandle dem ved hjælp af et integreret kredsløb fyldt med logiske porte, behandler kvantecomputere data ved at bombardere det informationsholdige molekyle med korte strålingsimpulser. Hver bombardementscyklus repræsenterer en algoritmisk operation på data indeholdt i molekylet. Når algoritmen slutter, måles molekylets kvantetilstand, en proces, som i sig selv forspænder slutresultatet. Dette skyldes den grundlæggende usikre karakter af kvantemekanikken.

For at omgå denne vanskelighed køres kvanteberegningsalgoritmer flere gange, og det vægtede gennemsnit af output nærmer sig det korrekte svar asymptotisk. Fordi kvantemekaniske fænomener i sig selv er sandsynlige snarere end deterministiske, er et veldefineret svar på første forsøg ikke muligt.

Kvantecomputere har visse egenskaber, som klassiske computere mangler. Kvanteberegning tillader hurtig faktorisering af store tal (en eksplicit trussel mod konventionelle kryptografiske teknikker), den mere nøjagtige simulering af kvantefænomener og meget effektiv databasesøgning.

For ethvert søgerum med størrelse n noder, hvor hver node repræsenterer en mulig løsning på et problem, er der kun en mulig løsning, og hver node skal kontrolleres individuelt for egenskaber, der svarer til en korrekt løsning, kvanteberegning tilbyder en fantastisk speedup. På konventionelle computere er den gennemsnitlige søgetid, hvor lang tid det tager at kontrollere hver knude gange antallet af noder ( n ) divideret med to (det er sandsynligt, at løsningen findes cirka halvvejs gennem søgningen). I kvantecomputere er den gennemsnitlige søgetid den tid, det tager at kontrollere hver knude gange kvadratroten af n . Dette giver en enorm fordel, som kun bliver mere imponerende, når vi overvejer større problemer.

Det er endnu ikke muligt at forestille sig alle anvendelser af modne kvantecomputere. Det største antal qubits, der nogensinde er indeholdt i et kvantecomputersystem, er 7. Da kvantecomputeringsforskning fortsætter hurtigt med mange millioner dollars i finansiering, vil det kun være et spørgsmål om tid, indtil et kritisk gennembrud opstår og imponerende applikationer er opfundet.