Wat is een kwantumcomputer?
Een kwantumcomputer is een apparaat dat kwantummechanische fenomenen exploiteert om algoritmen uit te voeren. Omdat kwantumcomputers fundamenteel andere rekeneigenschappen hebben dan conventionele computers, worden gegevens in kwantumcomputers qubits genoemd in plaats van bits. In conventionele computers worden gegevens weergegeven door microscopische groeven op een harde schijf. In een kwantumcomputer worden gegevens weergegeven door de kwantumeigenschappen van een bepaald molecuul of een reeks moleculen.
In plaats van berekeningen uit te voeren door gegevens van een harde schijf op te halen en te verwerken met behulp van een geïntegreerd circuit gevuld met logische poorten, verwerken kwantumcomputers gegevens door het informatiebevattende molecuul te bombarderen met korte stralingspulsen. Elke beschietingscyclus vertegenwoordigt een algoritmische bewerking op de gegevens in het molecuul. Wanneer het algoritme eindigt, wordt de kwantumtoestand van het molecuul gemeten, een proces dat zelf het eindresultaat beïnvloedt. Dit komt door de fundamenteel onzekere aard van de kwantummechanica.
Om deze moeilijkheid te omzeilen, worden quantum computing-algoritmen meerdere keren uitgevoerd en benadert het gewogen gemiddelde van de output asymptotisch het juiste antwoord. Omdat kwantummechanische fenomenen inherent probabilistisch zijn in plaats van deterministisch, is een goed gedefinieerd antwoord bij de eerste poging niet mogelijk.
Quantumcomputers beschikken over bepaalde mogelijkheden die klassieke computers missen. Quantum computing maakt de snelle factorisatie van grote aantallen mogelijk (een expliciete bedreiging voor conventionele cryptografische technieken), de meer accurate simulatie van kwantumfenomenen en een zeer efficiënte database-zoekactie.
Voor elke zoekruimte met knooppunten van grootte n , waarbij elke knoop een mogelijke oplossing voor een probleem is, is er slechts één mogelijke oplossing en moet elke knoop afzonderlijk worden gecontroleerd op eigenschappen die overeenkomen met een juiste oplossing, biedt quantum computing een fantastische versnelling. Bij conventionele computers is de gemiddelde zoektijd de tijd die nodig is om elk knooppunt te controleren maal het aantal knooppunten ( n ) gedeeld door twee (het is waarschijnlijk dat de oplossing ongeveer halverwege de zoekactie zal worden gevonden). In kwantumcomputers is de gemiddelde zoektijd de tijd die nodig is om elke knooppunt maal de vierkantswortel van n te controleren . Dit levert een enorm voordeel op dat alleen maar indrukwekkender wordt wanneer we grotere problemen overwegen.
Het is nog niet mogelijk alle toepassingen van volwassen kwantumcomputers te bedenken. Het grootste aantal qubits ooit in een kwantumcomputersysteem is 7. Aangezien kwantumcomputingonderzoek snel vele miljoenen dollars aan financiering voortzet, zal het slechts een kwestie van tijd zijn totdat er een kritieke doorbraak plaatsvindt en indrukwekkende toepassingen worden uitgevonden.