Kwantumcomputer

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

De kwantumcomputer is in 1981 als een mogelijke nieuwe vorm van computerarchitectuur voorgesteld door Richard Feynman. In de jaren daarna ontwikkelden David Deutsch en Peter Shor het concept verder. Deze computer maakt gebruik van de kwantumeffecten verstrengeling en superpositie, die kwantumdeeltjes zoals een elektron of foton onder bepaalde omstandigheden kunnen vertonen.

• entanglement (verstrengeling) van een gepaard elementair deeltje betekent dat er een mysterieuze verbinding bestaat tussen deze twee deeltjes die schijnbaar onafhankelijk is van de onderlinge afstand. Als de toestand van een deeltje gemeten wordt, weet men ook onmiddellijk wat de toestand van het andere deeltje is, hoever zij ook van elkaar verwijderd zijn.
• superpositie van een deeltje betekent dat bijvoorbeeld de spin hiervan (normaal maar één mogelijke waarde) alle mogelijke waarden tegelijkertijd kan aannemen.

Door deze eigenschappen kan een kwantumdeeltje gebruikt worden voor binaire eenheden die tegelijkertijd waarden tussen 0 en 1 bit aannemen. In de gebruikelijke processors kunnen de binaire eenheden alleen de waarde 0 of 1 aannemen. In de kwantum-binaire eenheden (qubits) van de kwantumprocessor zijn waarden mogelijk die bijvoorbeeld 30% 0 en tegelijk 70% 1 zijn. Hierdoor kan een n-qubit systeem beschreven worden met 2ⁿ vectoren in de Hilbertruimte; dankzij dit fenomeen stijgt de capaciteit van kwantumcomputers exponentieel met het aantal qubits. Waar een klassieke computer 64 bits nodig heeft om 64 waardes uit te drukken, heeft een kwantumcomputer over het algemeen slechts 5 qubits nodig. Gerelateerd aan dit verschijnsel is de tijd die een kwantumprocessor nodig heeft om berekeningen uit te voeren: deze processors kunnen 2ⁿ berekeningen uitvoeren in de tijd dat een klassieke processor 1 berekening kan uitvoeren. Hierdoor kan men in theorie enorm snel parallel berekeningen uitvoeren die met conventionele computers onmogelijk zijn. De kunst is wel om deze speciale kwantumtoestand lang genoeg stabiel te houden om gegevens te kunnen invoeren, te verwerken, en uit te lezen om zinvolle uitkomsten te krijgen. Door de grote (theoretische) mogelijkheden wordt er tegenwoordig, na aanvankelijke scepsis, wereldwijd veel geld in research gestoken en vordert men gestaag in de richting van een mogelijk prototype.

[bewerk] Gevolgen

Als men er in slaagt een goed werkende kwantumcomputer te maken zou dat een grote hulp voor wetenschappelijk onderzoek zijn. Men zou in staat zijn gigantische hoeveelheden data te analyseren en hier allerlei verbanden en patronen tussen te leggen. Aangezien dit een van de fundamentele voorwaarden is om tot nieuwe wetenschappelijke inzichten te komen zal dit een enorme revolutie voor de wetenschappen betekenen. Ook zou men dan zeer gedetailleerde simulaties kunnen laten draaien om theorieën te testen en te verfijnen. Waarschijnlijk zal dan eveneens de rest van de maatschappij de gevolgen merken in bijvoorbeeld de entertainmentindustrie (films, games, enz.). Een minder gewenst gevolg zou zijn dat men dan een ander systeem zou moeten zoeken om bijvoorbeeld gevoelige informatie op internet te versleutelen. Tegenwoordig gebruiken veel programmas daar priemgetallen voor. Een actueel voorbeeld is het online-bankierprogramma dat de meeste banken gebruiken om transacties veilig en snel te laten verlopen. Hierbij worden twee zeer grote priemgetallen gebruikt die met elkaar vermenigvuldigd zijn. Een 'normale' computer kan deze twee getallen onmogelijk vinden binnen een redelijke tijd. Maar een kwantumcomputer zou dit in principe wel kunnen. Dan zou een criminele computerhacker snel alle mogelijke versleutelde transacties kunnen onderscheppen en voor eigen gewin kunnen aanpassen.

[bewerk] Verschil ten opzichte van een normale computer

Om een simpel voorbeeld te geven van een kwantumcomputer ten opzichte van een normale computer kan men zich het als volgt voorstellen als er de volgende vraag wordt gesteld: Er zijn tien deuren en achter èèn ligt een appel, achter welke deur ligt die appel? Ervan uitgaande dat de appel achter bijvoorbeeld deur nummer 8 bevindt, zal de normale computer deur nummer 1 openen, kijken of de appel daarachter ligt en zal daarna de deur sluiten en naar de volgende deur gaan. Dit proces zal de computer herhalen totdat hij de appel heeft gevonden. Een kwantumcomputer daarentegen zal alle deuren tegelijk openen en al na de eerste cyclus de appel achter deur nummer 8 vinden.

[bewerk] Externe links

• onderzoeksgroep Quantumtransport TU Delft
• onderzoeksgroep Quantumcomputing Universiteit van Oxford met veel achtergrondinformatie.
• artikel op natuurkunde.nl geschreven voor bovenbouw middelbare scholier.