Hvordan fungerer en kvantecomputer?

Hvad er en kvantecomputer?

En kvantecomputer er en ny type computer, der udnytter principperne fra kvantemekanik – den fysik, der beskriver, hvordan atomer og subatomare partikler opfører sig. I modsætning til klassiske computere, der behandler information som bits med værdien 0 eller 1, bruger kvantecomputere kvante-bits, kaldet qubits, der kan eksistere som 0 og 1 på samme tid takket være et fænomen kaldet superposition.

Denne evne til at behandle mange muligheder samtidig giver kvantecomputere et potentiale for at løse visse typer problemer millioner af gange hurtigere end de kraftigste klassiske supercomputere. De er dog ikke bedre til alt – de excel på specifikke opgaver som krypteringsbrydning, simulering af molekyler og optimering af komplekse systemer.

Sådan fungerer det

1. Qubits som grundenhed: Hvor en klassisk bit er enten 0 eller 1, kan en qubit via superposition repræsentere begge tilstande på én gang. Det betyder, at 2 qubits kan repræsentere 4 tilstande, 3 qubits 8 tilstande osv. Med 300 qubits kan man repræsentere flere tilstande end der er atomer i det kendte univers.
2. Superposition: En qubit holdes i superposition ved at køle den ned til temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt (ca. -273 °C), koldere end det ydre rum. I denne tilstand kan den beregne mange muligheder parallelt, frem for én ad gangen som en klassisk bit.
3. Kvantesammenvikling (entanglement): To qubits kan kobles sammen, så de er sammenvikling. Ændres tilstanden for én, påvirkes den anden øjeblikkeligt – uanset afstanden imellem dem. Det muliggør koordineret parallelberegning på tværs af qubits.
4. Kvanteporte: Ligesom klassiske computere bruger logiske porte (AND, OR, NOT), bruger kvantecomputere kvanteporte til at manipulere qubits. De kombinerer superposition og sammenviklingseffekter for at guide beregningen mod det ønskede resultat.
5. Måling og dekoherens: Når man måler en qubit, kollapser dens superposition til enten 0 eller 1. Kvantecomputere er designet til at maksimere sandsynligheden for, at det rigtige svar måles. Støj fra omgivelserne kan forstyrre qubits og skabe fejl – et problem kaldet dekoherens, som er en af de største tekniske udfordringer.

Interessante fakta

• Google hævdede i 2019, at deres kvantecomputer Sycamore løste en beregning på 200 sekunder, som ville tage verdens hurtigste klassiske supercomputer 10.000 år.
• Kvantecomputere skal køles til temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt – langt koldere end det ydre rum, der har en baggrundstemperatur på ca. -270 °C.
• Kvantecomputere udgør en potentiel trussel mod nutidens kryptering, fordi de i teorien kan knække RSA-kryptering, der beskytter al global internetkommunikation.
• IBM tilbyder adgang til kvantecomputere via skyen gennem sit IBM Quantum-program, som forskere og studerende verden over kan bruge gratis.
• Kvantecomputere er ikke traditionelle computere og erstatter ikke din bærbare PC – de løser kun specifikke matematisk intensive problemer bedre end klassiske computere.

Ofte stillede spørgsmål

Hvornår vil kvantecomputere blive brugt i hverdagen?

Kvantecomputere er stadig i en tidlig udviklingsfase og er ikke klar til bred kommerciel brug. Eksperter forventer, at praktiske kvantecomputere, der er fejltolerante og kraftfulde nok til reelle opgaver, tidligst vil komme i løbet af 2030'erne. De vil sandsynligvis primært bruges i farma-, finans- og forsvarsektoren.

Vil kvantecomputere ødelægge al kryptering?

På sigt udgør kvantecomputere en reel trussel mod nuværende krypteringsmetoder som RSA. Derfor arbejder kryptografer allerede på kvanteresistent kryptering. USA's standardiseringsorgan NIST offentliggjorde i 2024 de første officielle standarder for post-kvantekryptering, som skal sikre fremtidens internet.