Kvantdatorer
Sedan 80 talet har man funderat på om man kan använda sig av kvantmekanik för att göra datorer snabbare. All teori pekar på att man kan, men i praktiken blir det svårare. Det finns dock just nu fungerande kvantdatorer, fast kanske inte nog för att vara särskilt användbara än. Så hur fungerar en kvantdator?
En vanlig dator fungerar med hjälp av bitar. En bit kan vara 1 eller 0. En kvantdator använder sig av qubits(quantum bits), som kan vara 1, 0, eller båda samtidigt. Detta är i stort sett det ända som skiljer en kvantdator från en vanlig dator. En qubit kan vara t.ex. en foton eller en elektron, och i de flesta fall använder man sig av en elektron. Enligt kvantmekanik kan väldigt små partiklar vara i ”quantum superposition”. Det är när en partikel existerar i alla dens möjliga former samtidigt, och detta är då vad en qubit består av.
Alla elektroner har sitt eget magnetfält, och om man har en elektron i ett annat magnetfält, så kommer den att lägga sig längst det, med dens ”nordpol” uppåt, ungefär som en kompass pekar mot norr i jordens magnetfält. När elektronen ligger så, har den sin lägsta energinivå, och detta kallas ”spin down”. Det är också nu den har sitt värde 0, i en kvantdator. Om man vrider på den, får den värdet 1, och detta kallas ”spin up”. Detta kräver dock energi, ungefär som om man skulle lyfta bort glaset från en klassisk kompass och vrida pilen mot söder. Om man studerar elektronen, så kommer den antingen vara spin up, eller spin down, och fungera precis som en vanlig bit. Men, om man inte studerar den, så kommer den befinna sig i quantum superposition igen, och det är nu man har sin qubit.
Fortfarande så är det inge större skillnad på datorerna. Skillnaden märker man inte förrän man har flera qubits som jobbar tillsammans. Om man har 2 vanliga bitar, kan man skriva de på 4 olika sätt:
01
10
00
11
Detta är dock fortfarande bara 2 bitar av information. Om man vill bestämma vilket av de 4 talen som är vilket, behöver man bara ställa frågan: Vad är värdet på den första biten, och den andra? När det kommer till qubits blir det lite annorlunda. Vad man märker är att om man vill ha lika mycket information från vanliga bitar som från x antal qubits, så är det 2x klassiska bitar. Detta innebär att om man har 3 qubits, behöver man 23 (8) klassiska bitar för att få reda på samma information. Har man 20 qubits, måste ha 220 bitar, vilket är 1048576 klassiskt bitar, och då börjar man förstå kraften av en kvantdator.
Problemet är, att detta fungerar så länge man inte studerar elektronen. Så fort man gör det, så kommer den falla tillbaka till de klassiska ettorna och nollorna. Det är därför man måste sätta en gräns på hur många qubits man kan använda och hur man använder de. Om man har för många, så kommer man aldrig kunna mäta sitt slutliga resultat. Istället designar man logiska operationer, som tillåter en att komma fram till sitt resultat på ett sådant sätt att man kan förstå det. Detta är anledningen till att kvantdatorer inte byter ut klassiska datorer. De är endast snabbare när det kommer till speciella beräkningar. Om man vill använda en kvantdator för personliga anledningar, som att t.ex. titta på film eller spela spel, så kommer det inte gå snabbare. Mest troligt så kommer det bli tvärtom, så länge man använder sig av de klassiska algoritmerna som används i våra datorer. Den största skillnaden mellan en kvantdator och en klassisk dator är att antalet beräkningar som görs för att komma till samma resultat, blir exponentiellt mindre hos en kvantdator.
En vanlig dator fungerar med hjälp av bitar. En bit kan vara 1 eller 0. En kvantdator använder sig av qubits(quantum bits), som kan vara 1, 0, eller båda samtidigt. Detta är i stort sett det ända som skiljer en kvantdator från en vanlig dator. En qubit kan vara t.ex. en foton eller en elektron, och i de flesta fall använder man sig av en elektron. Enligt kvantmekanik kan väldigt små partiklar vara i ”quantum superposition”. Det är när en partikel existerar i alla dens möjliga former samtidigt, och detta är då vad en qubit består av.
Alla elektroner har sitt eget magnetfält, och om man har en elektron i ett annat magnetfält, så kommer den att lägga sig längst det, med dens ”nordpol” uppåt, ungefär som en kompass pekar mot norr i jordens magnetfält. När elektronen ligger så, har den sin lägsta energinivå, och detta kallas ”spin down”. Det är också nu den har sitt värde 0, i en kvantdator. Om man vrider på den, får den värdet 1, och detta kallas ”spin up”. Detta kräver dock energi, ungefär som om man skulle lyfta bort glaset från en klassisk kompass och vrida pilen mot söder. Om man studerar elektronen, så kommer den antingen vara spin up, eller spin down, och fungera precis som en vanlig bit. Men, om man inte studerar den, så kommer den befinna sig i quantum superposition igen, och det är nu man har sin qubit.
01
10
00
11
Detta är dock fortfarande bara 2 bitar av information. Om man vill bestämma vilket av de 4 talen som är vilket, behöver man bara ställa frågan: Vad är värdet på den första biten, och den andra? När det kommer till qubits blir det lite annorlunda. Vad man märker är att om man vill ha lika mycket information från vanliga bitar som från x antal qubits, så är det 2x klassiska bitar. Detta innebär att om man har 3 qubits, behöver man 23 (8) klassiska bitar för att få reda på samma information. Har man 20 qubits, måste ha 220 bitar, vilket är 1048576 klassiskt bitar, och då börjar man förstå kraften av en kvantdator.
Problemet är, att detta fungerar så länge man inte studerar elektronen. Så fort man gör det, så kommer den falla tillbaka till de klassiska ettorna och nollorna. Det är därför man måste sätta en gräns på hur många qubits man kan använda och hur man använder de. Om man har för många, så kommer man aldrig kunna mäta sitt slutliga resultat. Istället designar man logiska operationer, som tillåter en att komma fram till sitt resultat på ett sådant sätt att man kan förstå det. Detta är anledningen till att kvantdatorer inte byter ut klassiska datorer. De är endast snabbare när det kommer till speciella beräkningar. Om man vill använda en kvantdator för personliga anledningar, som att t.ex. titta på film eller spela spel, så kommer det inte gå snabbare. Mest troligt så kommer det bli tvärtom, så länge man använder sig av de klassiska algoritmerna som används i våra datorer. Den största skillnaden mellan en kvantdator och en klassisk dator är att antalet beräkningar som görs för att komma till samma resultat, blir exponentiellt mindre hos en kvantdator.