Hva er Quantum Computers?

Kvante-datamaskiner ikke eksisterer. . . ennå. Men hvis og når forskerne å utvikle ideene bak quantum computing til å skape et praktisk produkt, vil konsekvensene være svimlende. Kvante-datamaskiner kan i løpet av minutter, utføre visse typer beregninger som ville ta millioner av år på klassiske datamaskiner. Noen forskere selv spekulerer i at quantum computing kan endelig gjøre ekte kunstig intelligens mulig. Forskere har mye bugs å trene først, though.

The Weird Nature of Quantum Mechanics

For å forstå hvorfor kvante-datamaskiner kan tilby så mye beregnings fordel fremfor klassiske datamaskiner, må du forstå litt om den merkelige natur av materie på en sub-atomært nivå. Du kan bli kjent med eksempel på Shroedinger katt: Hvis en katt er i en boks og dens liv eller død avhenger av tilstanden til en subatomære partikkel følgende kvantemekanikk snarere enn klassisk mekanikk, så katten er samtidig både levende og døde, inntil vi åpner esken og observere resultatene. Dette er vanskelig å konseptualisere, og eksempel på katten er ikke ment å tas bokstavelig. Poenget er at mens på et makroskopisk nivå sak må være i enten den ene eller annen tilstand, kan subatomære materie eksistere i forskjellige tilstander samtidig.

Bits og qubits

I klassisk databehandling, er det litt grunnleggende enhet av informasjon. En bit er binær. Det er i en av to stater: null eller én; av og på; pluss (+) eller minus (-). Med quantum computing, er den grunnleggende enhet av informasjon på qubit, som kan eksistere samtidig som både null og en. Dette er vanskelig å forstå fordi den strider mot vår standard makroskopisk syn på virkeligheten. Men tenk om tre biter av informasjon. Hver av de tre bitene har to forskjellige tilstander, så tre biter kan beskrive en av åtte forskjellige stater (2 ^ 3). Tre qubits finnes i alle åtte forskjellige tilstander samtidig. En måte å konseptualisere dette på er å tenke på de qubits eksisterende i åtte forskjellige universer. Så når du utfører operasjoner på disse tre qubits, er du utføre operasjoner på alle åtte stater samtidig. En operasjon på fire qubits ville fungere på 16 verdier samtidig. Hver ekstra qubit dobler antall samtidige operasjoner som utføres.

Quantum Parallellitet

Dataforskere allerede benytter seg av parallellitet ved å bryte et problem ned og ha separate datamaskiner jobbe på et stykke av problemet. Tusen forskjellige datamaskiner kan utføre en kompleks beregning i en tusendel av hvor lenge en enkelt datamaskin ville ta å utføre den samme beregningen på egen hånd. Men for virkelig vanskelige problemer, som factoring et tall med flere hundre sifre, det er ikke nok datamaskiner på hele planeten for å utføre beregningen i en rimelig tid. Men en kvantedatamaskin kan egentlig kjøre problem i milliarder av forskjellige universer samtidig, et fenomen som kalles kvante parallellitet.

implikasjoner

De fleste moderne kryptografi er basert på facto store tall, som er altfor komplisert for datamaskiner i dag å oppnå i en rimelig tid. Som et resultat, kryptografer har liten bekymring for at datamaskiner kan knekke kodene deres. Kvante-datamaskiner kan endre det. For eksempel vil facto en 1000-sifret nummer ta 10 millioner milliarder milliarder år på de beste datamaskinene vi har i dag. Selv kjører en milliard av disse datamaskinene i parallell kan i beste fall redusere tiden med en faktor på en milliard, så du vil fortsatt være venter 10 millioner milliarder år. Men teoretisk sett kan en kvantedatamaskin gjøre det i 20 minutter. Hvis kvante-datamaskiner blitt en realitet, datasikkerhet slik vi kjenner det kunne egentlig fordampe. Men alvorlige og kompliserte tekniske problemer gjenstår å løses. Så vi trenger ikke å bekymre deg for kvantedatamaskin hackere. Ennå.