Inspiration

Kvantecomputere – sådan fungerer det næste teknologiske kæmpespring

Vi befinder os ved indgangen til en helt ny æra inden for computerteknologi. Kvantecomputere har eksisteret som begreb i mere end 30 år, men nu ser det ud til, at teorierne faktisk kan blive til virkelighed. Den gådefulde teknologi kommer til at vende op og ned på alt fra IT-sikkerhed til medicinal- og fremstillingsindustri samt kunstig intelligens.

Moores lov, som er opkaldt efter en af Intels grundlæggere Gordon Moore, siger, at antallet af komponenter på et bestemt område af integrerede kredsløb næsten fordobles hvert år. Det indebærer, at processorerne bliver dobbelt så hurtige hvert år. I 1975 reviderede Moore sin spådom til at hedde hvert andet år. Og det princip har vist sig at være nogenlunde korrekt, hvad angår de sidste 100 år.

Nu begynder fysikkens love så at sætte begrænsninger for, hvor mange transistorer, det er muligt at klemme ind i en processor-chip. Desuden er et antal helt nye måder at lave computere på begyndt at stjæle den traditionelle computers stråleglans. En af disse måder er kvantecomputeren.

Ved at udnytte kvantemekanikkens forskellige principper er det muligt at bygge en computer, der for visse applikationers vedkommende er nærmest uendeligt meget hurtigere end en traditionel computer. Kvantecomputere skulle kunne føre til vigtige fremskridt inden for områder, hvor ekstremt stor regnekapacitet er afgørende. For eksempel forskning i kroppens mindste bestanddele eller maskinlæring baseret på store datamængder.

Sådan fungerer det: 1-taller og nuller på samme tid

En normal computers mindste bestanddel kaldes for ”bit”. Den kan have værdien 1 eller 0. Otte ”bits” giver en ”byte”, og via kombinationer af 1-taller og nuller lagrer vi data i vores computere.

En kvantecomputer har såkaldte kvantebits eller ”qubits”. De kan være 1, 0 og alle mulige værdier derimellem – samtidig. Denne tilstand kaldes kvantemekanisk superposition. Til forskel fra en almindelig computer, hvor for eksempel 20 bits kan have én af 20 som værdi ad gangen, kan 20 qubits have to ophøjet til 20 værdier samtidig – altså over en million værdier samtidig. Det giver en enorm potentiel regnekapacitet. Men for at få nogen nytte af flere qubits kræves det, at de er koblet sammen via sammenfiltring. Det er et kvantemekanisk fænomen, som betyder, at en beregningsoperation, der gennemføres på en qubit, påvirker alle de andre bits i samme system.

En kvantecomputer er ikke hurtigere end en almindelig computer, hvad angår alle slags beregninger. Faktisk vil den være dårligere til almindelige hverdagsopgaver, som at streame en film eller at surfe på internettet. Men i visse specifikke tilfælde brillerer kvantecomputeren – og så gør den det med helt ufattelig overlegenhed.

Vender op og ned på IT-sikkerhed

Et eksempel er at faktorisere primtal, som er tal, der kun kan deles med et (1) og tallet selv. Disse bruges som nøgler i dagens krypteringsalgoritmer og til at teste alle de cirka 4x10^18 kendte primtal, der skal til for at knække en bestemt kryptering. Dette ville normalt tage en evighed for en almindelig computer. Men eftersom en kvantecomputer kan teste alle kombinationer samtidig, kan den i princippet regne svaret ud direkte.

Det betyder, at vi er nødt til at gentænke den måde, vi krypterer data på, når vi – og især cyber-kriminelle, får adgang til kvantecomputere. En løsning er at benytte kvantekryptering, som teoretisk set er umulig at knække.

Sverige er langt fremme

Chalmers Tekniska Högskola i Göteborg har forsket i kvantecomputere i op mod 20 år, og sidste år fik skolen samlet næsten en milliard svenske kroner til at gennemføre et toårigt forskningsprojekt med det mål at skabe en kvantecomputer med 100 qubits

Allerede i dag findes der kvantecomputere på markedet, som for eksempel den canadiske virksomhed D:Wave, der sælger sin D:Wave 2000Q for 15 millioner dollar. Men flere eksperter og forskere har været skeptiske overfor, om D:Wave reelt kan klassificeres som en ægte kvantecomputer. Det har dog ikke forhindret Google og Nasa i at eksperimentere med D:Waves hardware.

En anden spiller, der satser på kvantecomputere, er IBM, som lancerede sin cloud-tjeneste IBM Q Experience, hvor hvem som helst kan teste, hvordan en kvantecomputer virker. Eftersom kvantecomputerne er store, energikrævende og meget følsomme overfor forstyrrelser, er det måske især som cloud-løsninger, de vil komme til at være tilgængelige inden for den nærmeste fremtid.

3 mulige applikationer for en kvantecomputer

1. Optimering

Forestil dig, at du er en forretningsrejsende og vil regne den mest effektive rute mellem et antal steder ud. Det lyder måske trivielt, men allerede ved 270 destinationer er antallet af mulige rejseruter flere, end der er atomer i universet. Eftersom en kvantecomputer kan sammenligne et ukendt antal kombinationer samtidig, skulle denne og andre typer af optimeringsudfordringer kunne løses uden problemer.

2. Maskinlæring og AI

Udfordringen inden for maskinlæring og kunstig intelligens er at håndtere og finde et mønster i store datamængder. Her kommer kvantecomputeren med sin enorme regnekraft til at kunne gøre en kæmpe forskel.

3. Molekylesimulation

For at kunne forudsige, hvordan for eksempel et nyt lægemiddel vil virke, kræves der utroligt meget processorkraft for at kunne simulere adfærden hos bare nogle få molekyler. Det samme gælder inden for fremstillingsindustrien, hvis du vil udregne, hvordan molekylerne i et materiale opfører sig. Men kvantecomputerens evne til at håndtere eksponentielt mere komplicerede udfordringer gør den perfekt til simuleringer på molekylært niveau.

Hold dig opdateret på de seneste tech-trends ved at følge os Linkedin.

Lyder det skræmmende, at kvantecomputeren kan vende op og ned på dagens IT-sikkerhed? Du skal ikke være bekymret. Vi er ikke nået så langt endnu, men der er til gengæld mange andre sikkerhedstrusler, som kan ramme dig.

Kvantecomputere vil i teorien nemt kunne knække nutidens sværeste krypteringsalgoritme.

17 september 2018

Tags