Kvantdatorn och allt spännande som följer i dess väg!

Idag är det nästan svårt att tänka sig en värld där datorer och smarta enheter inte är en del av vardagen. Vi har vant oss vid att snabbt kunna lyfta mobilen från fickan för att beräkna hur stor rabatten på nästa inköp blir, finna vägen i en ny stad eller kommunicera med folk över hela världen. Men lika hemtam som den klassiska datorn har blivit, lika främmande är det att tänka sig en ny typ av dator som kan göra beräkningar som alla dagens datorer i kluster inte kunnat göra.

 Där kvantmekaniken och datortekniken gifter sig så finner vi kvantdatorn! Ett race sker just nu mellan bland annat Chalmers, IBM och Microsoft för att skapa en effektiv och stabil kvantdator som kan lösa beräkningsprobelm dagens datorer ej klarar av. 

Där kvantmekaniken och datortekniken gifter sig så finner vi kvantdatorn! Ett race sker just nu mellan bland annat Chalmers, IBM och Microsoft för att skapa en effektiv och stabil kvantdator som kan lösa beräkningsprobelm dagens datorer ej klarar av. 

Att datorer måste ha ström, elektroner, för att uttrycka de ettor och nollor som den använder för att kunna göra beräkningar är ingen nyhet, men hur skapar man och jobbar med en dator som utnyttjar svårbegripliga och svårhanterliga kvantmekaniska fenomen hos elektroner och fotoner så som superposition och sammanflätning? Det vill säga, hur kan man göra säkra beräkningar med partiklar som kan vara både ett och noll samtidigt tills man mäter dem? Eller där en partikel kan påverka en annan oberoende av avstånd? Hur ser man till att dessa känsliga tillstånd är tillräckligt stabila för att ge precisa beräkningar? Dessa är några av många frågeställningar som kvantdatorn ställer oss inför i och med sitt inträde. Men trots att allt detta kan låta nytt och märkligt så har vi faktiskt dragit nytta av kvantmekaniken i datorer långt tidigare.

Kvantmekaniken ligger bland annat till grund för vår förståelse av halvledare som idag används i alla datorer i form av transistorer[1]. Intåget av stabila transistorer gjorde att elektronrören kunde bytas ut mot dessa mindre komponenter vilket drev en revolution som har uttryckts som den moderna tidens boktryckarkonst och är en av anledningarna till att du kan hålla en så beräkningsstark dator i handen idag.

 En så kallad qubit (quantum bit) som genom att kylas ner till nästan den absoluta nollpunkten uppnår supraledning och superposition som kan användas för fler beräkningar än i en vanlig dator . Bild från:  Chalmers

En så kallad qubit (quantum bit) som genom att kylas ner till nästan den absoluta nollpunkten uppnår supraledning och superposition som kan användas för fler beräkningar än i en vanlig dator . Bild från: Chalmers

Kvantdatorn är förutspådd att kunna lösa många problem som vi idag inte har möjligheten att lösa, dock är det viktigt att komma ihåg är att kvantdatorer endast är bra på vissa typer av problem [2]. Kvantdatorn är ingen dator man spelar spel eller skriver romaner på, men för de beräkningar som datorn är anpassad för så är den exponentiellt bättre än vanliga datorer (2^n beräkningar per qubit (där n= antal qubits) i en kvantdator vs. 2 beräkningar per bit i en vanlig dator) och detta kan hjälpa oss inom otaliga områden. Bland annat kan dem hjälpa oss inom machine learning genom att processa enorma mängder data och inom kemiska simulationer då det ofta krävs enorma mängder beräkningskraft för att visa hur t.ex. en koffeinmolekyl faktiskt ser ut i tre dimensioner. Kvantdatorn har förmågan att ge oss ett kognitivt verktyg vars styrka vi aldrig tidigare skådat!

Men trots att kvantmekaniken inom datorvärlden inte är ny så skapar inträdet av olika typer av kvantdatorer nya svårlösta frågeställningar så som: ”Hur utvecklar man programmeringsspråk för dessa olika datorer för att utnyttja denna kapacitet?” Eller kanske ännu svårare: ”Hur hanterar man säkerhetsrisken som skapas när det finns en dator som kan dekryptera toppsäkra brandväggar som dagens datorer inte kan hacka?”

Kvantdatorns intåg är, liksom de flesta omvälvande nya tekniker, både svårförståelig, nästan lite magisk och på många sätt läskig men tydligt är att framtiden inom datorberäkningar kanske inte kommer att vara densamma.

För att lära dig mer om kvantdatortekniken titta gärna på filmen nedan!

[1] https://www.nyteknik.se/innovation/sa-ska-svenska-superdatorn-knacka-konkurrenterna-6886023#conversion-122831618

[2] https://www.nature.com/articles/543S2a