Drømmen om kvantedatamaskiner, som er langt raskere enn nåtidens datamaskiner og som dessuten har en betydelig større hukommelse, er kommet et stort skritt nærmere.

Amerikanske fysikere fra Yale University har nemlig laget den første kvanteprosessoren av silisium og andre faste stoffer, ved å benytte seg av de samme teknikkene som man bruker til å produsere en ganske vanlig datachip.

Deretter har de demonstrert prosessorens gjennomslagskraft ved å få den til å løse velkjente problemer langt raskere enn klassiske prosessorer kan.

Resultatene, som er oppnådd under ledelse av fysikeren Leonardo DiCarlo, er nettopp offentliggjort i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.

– Det fine ved vår prosessor er at den er produsert av faste materialer ved hjelp av vanlige industrielle teknikker, sier DiCarlo.

Kvantedatamaskiner kan triks

Fordelen med en kvantedatamaskin er at den kan bruke noen triks som vi ikke kjenner fra vår vanlige hverdag, men som er tillatt i den noe mer høytflyvende kvantefysiske verden.

Hukommelsen i en klassisk datamaskin er bygget av opp såkalte bits, som hver og en kan lagre en av to mulige tilstander, som for eksempel fortolkes som «0» og «1». Når datamaskinen blir bedt om å løse en oppgave, gjør den det ved å kombinere dem. For eksempel kan to bits opptre i én av tilstandene 00, 11, 01 eller 10.

Kvantedatamaskiner, derimot, har en mengde såkalte qubits. En qubit trenger ikke å være 0 eller 1, men kan i en viss forstand være i begge tilstander på én gang.

Det betyr at en kvantedatamaskin kan regne på mange ulike tall samtidig. Derfor kan man – hvis man er dyktig nok – få den til å gjennomgå en rekke muligheter for løsningen til et problem langt raskere enn en klassisk datamaskin kan.

Ser flere steder på én gang

Forestill deg for eksempel at du har en kommode med 100 skuffer foran deg. I en eller annen skuff finnes det en ting du leter etter.

Den eneste måten du kan lete, er ved å trekke ut skuffene en etter en. Hvis du er veldig uheldig, ligger tingen i den siste skuffen du sjekker.

Den oppgaven kan kvantedatamaskinen løse betydelig raskere, siden den kan sjekke innholdet av mange flere skuffer samtidig.

Det antallet forsøk som en kvantedatamaskin trenger på å finne den, er kvadratroten av det samlede antallet skuffer. Hvis en vanlig datamaskin må se 100 ganger, trenger en kvantedatamaskin altså høyst 10 forsøk.

Det var nettopp den slags oppgaver kvanteprosessoren fra Yale University ble satt til å løse – med stor suksess.

Lang vei enda

Leonardo DiCarlo peker imidlertid på at det fremdeles er en lang vei å gå før man kan erstatte hjemme-PC-en sin med en kvantedatamaskin.

Den kvanteprosessoren han og kollegene har laget, består nemlig bare av to qubits, noe som er svært lite sett i forhold til de prosessorene som utgjør den såkalte CPU-en, selve hjernen, på nåtidens datamaskiner.

Hvis kvanteprosessoren skal kunne konkurrere med dagens prosessorer, må den kunne bruke hundrevis av qubits. Den store utfordringen i de kommende år blir derfor å finne en måte å skalere opp prosessoren på, påpeker forskerne i Nature.

Erstatter gigantiske Reodor Felgen-maskiner

Foreløpig kan man imidlertid glede seg over at forskerne har overvunnet det første hinderet, nemlig å produsere en kvanteprosessor av materialer som er lette å håndtere.

Hittil er det bare lykkes å lage kvanteprosessorer med gigantiske og Reodor Felgen-aktige maskiner som består av et virvar å lasere som styres med sterke magneter.

Slike oppstillinger er imidlertid vanskelige å ha stående på et skrivebord, så derfor har man lenge arbeidet iherdig med å finne en løsning som består av vanlige materialer som kan pakkes ned i en flyttbar kasse.

Professor Ivan Damgård fra Datalogisk institutt, Aarhus universitet, som til daglig underviser i «quantum computing», hilser den nye prosessoren velkommen.

– Det er svært interessant at det nå er bevist at man kan lage kvanteberegninger med såkalt solid state-teknologi, som bruker samme materialer som vi har i vanlige datamaskiner, poengterer han.

– Det gir håp om at det kan bli lettere å lage kvantedatamaskiner i fremtiden. Men det er langt igjen, for vi vet ikke om teknologien skalerer til beregninger på mange bits.

Lenker

Om kvantedatamaskiner (Wikipedia, dansk)

Kontaktopplysninger for Ivan Bjerre Damgård, Aarhus universitet

How Quantum Computers Work