Hva er en kvantecomputer?

En kvantecomputer er en hvilken som helst enhet som utnytter kvantemekaniske fenomener for å kjøre algoritmer. Fordi kvantecomputere har grunnleggende forskjellige beregningsegenskaper enn konvensjonelle datamaskiner, blir data som holdes i kvantecomputere referert til som qubits snarere enn bit. I konvensjonelle datamaskiner er data representert av mikroskopiske spor på en harddisk. I en kvantecomputer er data representert av kvanteegenskapene til et gitt molekyl eller sett med molekyler.

I stedet for å utføre beregninger ved å hente data fra en harddisk og behandle dem ved hjelp av en integrert krets fylt med logiske porter, behandler kvantemaskiner data ved å bombardere det informasjonsinneholdende molekylet med korte strålingsimpulser. Hver bombardementsyklus representerer en algoritmisk operasjon på dataene i molekylet. Når algoritmen avsluttes, blir kvantetilstanden til molekylet målt, en prosess som selv forspiser sluttresultatet. Dette skyldes kvantemekanikkens grunnleggende usikre natur.

For å omgå denne vanskeligheten kjøres kvanteberegningsalgoritmer flere ganger, og det vektede gjennomsnittet av utdataene nærmer seg asymptotisk det riktige svaret. Fordi kvantemekaniske fenomener iboende er sannsynlige enn deterministiske, er et veldefinert svar på første forsøk ikke mulig.

Kvantedatamaskiner har visse evner klassiske datamaskiner mangler. Kvanteberegning tillater rask faktorisering av store antall (en eksplisitt trussel mot konvensjonelle kryptografiske teknikker), mer nøyaktig simulering av kvantefenomener og veldig effektivt databasesøk.

For ethvert søkeområde med størrelse n noder, der hver node representerer en mulig løsning på et problem, er det bare en mulig løsning, og hver node må sjekkes individuelt for egenskaper som tilsvarer en riktig løsning, tilbyr kvanteberegning en fantastisk speedup. I konvensjonelle datamaskiner er den gjennomsnittlige søketiden hvor lang tid det tar å sjekke hver node ganger antall noder ( n ) delt på to (det er sannsynlig at løsningen blir funnet omtrent halvveis i søket). I kvantecomputere er den gjennomsnittlige søketiden hvor lang tid det tar å sjekke hver node ganger kvadratroten til n . Dette gir en enorm fordel som bare blir mer imponerende når vi vurderer større problemer.

Det er ennå ikke mulig å tenke seg alle bruksområdene til modne kvantecomputere. Det største antallet qubits som noen gang er inneholdt i ett kvanteberegningssystem er 7. Ettersom kvanteberegningsforskning fortsetter raskt med mange millioner dollar i finansiering, vil det bare være et spørsmål om tid til et kritisk gjennombrudd oppstår og imponerende applikasjoner er oppfunnet.