Hur fungerar kvantdatorer? - Enkelt förklarat
Numera arbetar forskare kontinuerligt med kvantdatorer. IBM lanserade nyligen sin första kvantdator. Vi förklarar hur dessa fungerar här.
Kvantdatorer: Det är vad som kallas qubits
Så kallade qubits används i en kvantdator.
- Normala bitar på datorn kan bara ta två olika värden: 0 och 1, eller "på" och "av". Emellertid kan en kvbit befinna sig i ett mellanliggande tillstånd av noll och en under en viss tidsperiod, den så kallade koherenttiden.
- I detta tillstånd talar forskare om en superposition . Genom en mätning ändras sedan qubitten till ett av de två tydligt definierade tillstånden, så att mätresultatet kan sparas i en klassisk bit. I tekniska termer kallas förlusten av superposition decoherence .
- På laboratoriet är sådana qubits tillverkade av joner eller superledande slingor, så kallade SQUID .
- När man arbetar med joner, motsvarar en opåverkad jon tillstånd 0 och en upphetsad till tillstånd 1. En atom med den lägsta möjliga energin sägs vara oexciterad. Men om du lägger till energi till en atom är den upphetsad eftersom yttre elektroner når högre energinivåer. Jonerna kan upphetsas med en laser.
Kvantregister - du måste veta det
Flera bitar krävs för att lösa aritmetiska operationer. Man talar om ett så kallade kvantregister. Informationen distribueras sedan till alla bitar i ett register.
- Ett sådant kvantregister består vanligtvis av 14 joner som lagras längs en axel på ett avstånd av några mikrometer. Det är viktigt att dessa qubits är lätta att manipulera, men också är immun mot störningar.
- Detta innebär att kvittorna måste förbli i sina respektive tillstånd så länge som möjligt tills den aritmetiska operationen har genomförts. Decoherence, dvs. faller tillbaka till ett klassiskt tillstånd, måste försenas så länge som möjligt.
- Logiska operatörer används för att manipulera tillstånden, som redan används inom datavetenskap. I kvantdatorer kallas dessa operatörer kvantgrindar . Dessa är avgörande för bestrålningens längd och för ljusets våglängd.
- Den enklaste operationen är negation, som kallas INTE . Tillståndet för en kvbbit vipps helt enkelt över eller negeras. I det binära systemet skulle 0 bli 1 och vice versa. Denna vändning sker mycket snabbt och mycket ofta i följd och följer programmets algoritm.
- För att bestämma det initiala tillståndet för ett kvantgitter bestrålas det med laserpulser. Bestrålningens längd kan bestämma sannolikheten för att en atom är i det upphetsade tillståndet.
- Efter cirka tio mikrosekunder bestrålning är en jon som initialt inte är upphetsad i det upphetsade tillståndet. Men om denna atom bestrålas bara hälften så länge, kommer den att vara i det mellanliggande tillståndet, eftersom det är 50 procent mer sannolikt att vara i marktillståndet och 50 procent mer sannolikt att vara i det upphetsade tillståndet.
- För att läsa resultatet efter att algoritmen har utförts avfyras en annan laserpuls med en annan våglängd mot jonerna. Fluorescens indikerar om de är upphetsade eller inte. Datorn kan sedan bestämma de rätta värdena.
Kvantdatorer: toppmodern idag
På elektronikmässan i Las Vegas presenterade IBM sin första marknadsklar kvantdator i år.
- Jämfört med tidigare modeller beräknar IBM Q Systems One redan med 20 qubits, vilket är en måttstock för en korrekt fungerande kvantdator. Enligt IBM har det lyckats hålla 20 qubits i förberedt tillstånd under 75 mikrosekunder.
- En kvantdator med 50 bit skulle kunna sätta vilken klassisk superdator som helst i fickan.
- IBM Q Systems One - en glaslåda med en längd och bredd av två och en halv meter bör inte erbjudas till försäljning. Istället kan utvalda användare komma åt det från molnet och utföra beräkningar.
Från en kvantdator till ett stanskort: Så här såg den allra första datorn ut
I nästa praktiska tips kommer vi att visa dig hur du konverterar binära och hexadecimala nummer korrekt.