Hvordan fungerer kvantecomputere? - Enkelt forklart
I dag jobber forskere kontinuerlig med kvantecomputere. IBM lanserte nylig sin første kvantecomputer. Vi forklarer hvordan disse fungerer her.
Kvantedatamaskiner: Det er det som kalles qubits
Såkalte qubits brukes i en kvantecomputer.
- Normale biter på datamaskinen kan bare ta to forskjellige verdier: 0 og 1, eller "på" og "av". Imidlertid kan en kvbit være i en mellomtilstand på null og en i en viss periode, den såkalte sammenhengstiden.
- I denne tilstanden snakker forskere om en superposisjon . Gjennom en måling endres qubitten deretter til en av de to klart definerte tilstandene, slik at måleresultatet kan lagres i en klassisk bit. Teknisk sett kalles tapet av superposisjon decoherence .
- På laboratoriet er slike qubits laget av ioner eller superledende løkker, såkalte SQUID-er .
- Når du arbeider med ioner, tilsvarer et uopphisset ion tilstand 0 og et opphisset til tilstand 1. Et atom med lavest mulig energi sies å være uopphisset. Hvis du tilfører energi til et atom, er det imidlertid spent fordi ytre elektroner når høyere energinivå. Ionene kan bli begeistret med en laser.
Kvantregistre - det må du vite
Flere qubits er nødvendige for å løse aritmetiske operasjoner. Man snakker om et såkalt kvantumregister. Informasjonen blir deretter distribuert til alle qubits av et register.
- Et slikt kvantumregister består vanligvis av 14 ioner som er lagret langs en akse i en avstand på noen få mikrometer. Det er viktig at disse qubits er enkle å manipulere, men også er immun mot forstyrrelser.
- Dette betyr at qubitene må forbli i sine respektive tilstander så lenge som mulig til den aritmetiske operasjonen er utført. Dekoherens, dvs. faller tilbake i en klassisk tilstand, må utsettes så lenge som mulig.
- Logiske operatører brukes til å manipulere delstatene, som allerede er brukt i informatikk. I kvantecomputere kalles disse operatørene kvanteporter. Disse er avgjørende for varigheten av bestrålingen og for lysets bølgelengde.
- Den enkleste operasjonen er negasjon, kalt IKKE . Tilstanden til en kvbit er ganske enkelt snudd eller negert. I det binære systemet ville 0 bli 1 og omvendt. Denne blaffen skjer veldig raskt og veldig ofte etter hverandre og følger algoritmen til programmet.
- For å bestemme den opprinnelige tilstanden til et kvantegitter bestråles det med laserpulser. Strålingslengden kan bestemme sannsynligheten for at et atom er i opphisset tilstand.
- Etter omtrent ti mikrosekunder bestråling er et ion som i utgangspunktet ikke blir eksitert i opphisset tilstand. Imidlertid, hvis dette atomet bestråles i bare halvparten så lenge, vil det være i den mellomliggende tilstanden, siden det er 50 prosent større sannsynlighet for å være i grunntilstand og 50 prosent mer sannsynlig å være i opphisset tilstand.
- For å lese resultatet etter å ha utført algoritmen, avfyres en annen laserpuls med en annen bølgelengde mot ionene. Fluorescens indikerer om de er glade eller ikke. Datamaskinen kan deretter bestemme de riktige verdiene.
Kvantedatamaskiner: topp moderne i dag
På elektronikkmessen i Las Vegas presenterte IBM sin første markedsklare kvantecomputer i år.
- Sammenlignet med tidligere modeller beregner IBM Q Systems One allerede med 20 qubits, som er en målestokk for en riktig fungerende kvantecomputer. I følge IBM har den klart å holde 20 qubits i forberedt tilstand i 75 mikrosekunder.
- En kvantecomputer med 50 qubits skal kunne legge enhver klassisk superdatamaskin i lommen.
- IBM Q Systems One - en glassboks med en lengde og bredde på to og en halv meter skal ikke tilbys for salg. I stedet kan utvalgte brukere få tilgang til den fra skyen og utføre beregninger.
Fra en kvantecomputer til et stansekort: Slik så den aller første datamaskinen ut
I det neste praktiske tipset vil vi vise deg hvordan du konverterer binære og heksadesimale tall riktig.