Lysere for kvantedatamaskiner

En viktig byggekloss er på plass for framtidas superraske kvantedatamaskiner. Det gjelder produksjon av sammenfiltrede partikler.

Publisert
Bloch-kulen er en geometrisk avbildning av et kvantesystem med to nivåer. (Illustrasjon: Smite-Meister, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)
Bloch-kulen er en geometrisk avbildning av et kvantesystem med to nivåer. (Illustrasjon: Smite-Meister, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Britiske forskere har utviklet en spesiell lysdiode som kan produsere såkalte sammenfiltrede lyspartikler. Dermed er kvantedatamaskinene kommet ett skritt nærmere.

Kvantedatamaskiner kan teoretisk sett behandle større datamengder i parallell. Der en vanlig datamaskin bare arbeider med bits i form av to tall, én eller null, bruker kvantedatamaskinene såkalte qbits.

Qbits utnytter egenskapene til elementærpartikler, for eksempel lyspartikler, eller lyskvanter. Disse kan faktisk ha flere tilstander på en gang.

Rask utregning

Dermed kan en qbit tilsvare mer informasjon, og en kvantedatamaskin kan teoretisk sett arbeide med mange millioner utregninger parallelt, der en vanlig datamaskin bare kan gjøre én utregning.

Kvantedatamaskiner er spesielt gode på enkelte operasjoner, for eksempel å ta for seg et stort tall og finne hvilke primtall man må multiplisere for å få det store tallet.

Et primtall er et tall som bare er delelig med seg selv og én, og dette kan høres ut som ren teoretisk hjernegymnastikk.

Kodeknekker

Men slike utregninger brukes i datakryptering.

Skulle en kvantedatamaskin oppstå som ved et mirakel i dag, ville mesteparten av våre digitale nøkler i nettbanker og andre steder blir verdiløse over natta.

Der en vanlig datamaskin ville trenger mer enn Universets totale alder på å knekke koden, kunne en kvantedatamaskin gjøre det på sekunder.

Raske søk

Kvantedatamaskiner vil også bli gode på lynraske søk i store databaser. Når vi vet at slike oppgaver er det som har gjort Google så stort og mektig, så forstår vi betydningen av denne nye teknologien.

Men ett av de store problemene med kvantedatamaskiner er å lese ut informasjonen i en qbit. Du kan nemlig ikke lese ut informasjonen direkte uten å påvirke den på en eller annen måte.

Og straks qbiten blir forstyrret, faller den ned til en av de to ytterverdiene 1 eller 0.

Øverst: I et vanlig dataminne lagres enten et ett-tall eller en null. Under: I en qbit kan flere tilstander av en og null lagres samtidig. (Illustrasjon: JB Waldner, GNU Free Documentation License, bearbeidet av forskning.no)
Øverst: I et vanlig dataminne lagres enten et ett-tall eller en null. Under: I en qbit kan flere tilstander av en og null lagres samtidig. (Illustrasjon: JB Waldner, GNU Free Documentation License, bearbeidet av forskning.no)

Sammenfiltring

Løsningen ligger i å avlese qbiten indirekte, uten å forstyrre den. Det kan gjøres ved å utnytte en sær egenskap ved elementærpartikler eller kvanter: sammenfiltring eller “entanglement”.

Sammenfiltring vil si at to elementærpartikler, for eksempel lyspartikler, opptrer i tvillingpar med de samme egenskapene.

De to partiklene i paret kan være på forskjellige steder. Ved å se på den ene partikkelen, kan man vite hvordan den andre er i samme øyeblikk. Derfor kan sammenfiltring brukes til det som kalles teleportering av informasjon.

Ved å utnytte denne sammenfiltringen kan man overføre informasjonen i en qbit til et annet medium der det går an å avlese uten å påvirke qbit’en.

Sammenfiltret lys

Hittil har det vært vanskelig å produsere slike sammenfiltrede lyspartikler. Forskerne har brukt lasere, som er store og energikrevende og upraktiske i kvantedatamaskiner. Påliteligheten har heller ikke vært god nok.

Nå har forskere fra Toshibas forskningsavdeling i Europa utviklet en lysdiode (LED) som kan produsere slike sammenfiltrede lyspartikler enklere og mer pålitelig.

Lysdiodene er laget av spesielle materialer, og inneholder et såkalt “kunstig atom” (“quantum dot”), et halvlederkrystall som kan brukes til å lage sammenfiltrede lyspartikler.

Disse lysdiodene er for tida den beste løsningen for skalerbare kvantedatasystemer, heter det i artikkelen i tidsskriftet Nature, der resultatene presenteres.

Referanse/lenke

C. L. Salter, R. M. Stevenson, I. Farrer, C. A. Nicoll, D. A. Ritchie & A. J. Shields: An entangled-light-emitting diode, Nature Vol 465, 3. juni 2010
Innføring i kvantedatamaskiner fra University of Cambridge