hoe werkt een kwantumcomputer?

Question

En wanneer komt de eerste voor de alledaagse mens op de markt?

 · Accepted Answer

Om te begrijpen hoe een kwantumcomputer werkt is het belangrijk om het een en ander te weten over kwantummechanica. In het domein waarin de actie van een systeem proportioneel is met de constante van Planck, spreken we van een kwantumsysteem. Dit gaat typisch op voor zeer hoge energieën en uiterst korte lengteschalen.
Klassiek gezien zien we gewend dat een systeem zich op een gegeven moment in één welbepaalde toestand bevindt. Denk aan de positie van het beeldscherm, of de tijd zoals aangegeven op een horloge.
In een kwantumsysteem versoepelt deze welbepaaldheid zich tot een superpositie van meerdere mogelijke toestanden. Zo kan een deeltje zich op meerdere plekken tegelijk bevinden en kan het horloge zomaar achteruit lopen.
De mate van onzekerheid in deze waarneembare grootheden wordt door de kwantummechanica beschreven. Belangrijk voor de werking van kwantum computers is de mogelijkheid dat een systeem zich in meerdere toestanden tegelijk kan bevinden.
Pas zodra er aan het systeem gemeten wordt zal er één welbepaalde waarde worden waargenomen. Dit is het gevolg van de interactie tussen het meetinstrument en het kwantumsysteem.
Een kwantumcomputer is in essentie weinig anders dan een apparaat die toestanden van kwantumsystemen kan schrijven, uitlezen en met elkaar kan laten interfereren.
Om in te zien hoe dit tot enig nut kan zijn is het probleem van Deutsch een aardige eye-opener: Gegeven is een orakel dat voor de getallen 1 t/m 10 aangeeft of ze deze bemint (antwoord=1) of haat (antwoord=-1). Het orakel kan zich in 3 configuraties bevinden:
1. Ze bemint alle getallen
2. Ze haat alle getallen
3. Ze bemint 1 t/m 5 en haat 6 t/m 10
We mogen haar echter maar één vraag stellen om de configuratie te bepalen. Klassiek gezien hebben we minstens 2 vragen nodig om dit te kunnen bepalen. Met een kwantum computer kan dit echter in één keer.
Als getal vragen we haar antwoord op de evenredige superpositie van de 10 getallen (T = 1/wortel(10) [ |1> + |2> + ... + |10>] ). Als kwantum computer antwoord zij met
1. 1, als ze alle getallen bemind
2. -1, als ze alle getallen haat
3. 0, als haar voorkeur half/half is
Hiermee zijn we in één keer klaar, maar zoals je begrijpt neemt de hoeveelheid kennis, benodigd om het antwoord juist te interpreteren, explosief toe naarmate het orakel interessantere inhoud heeft. De geassocieerde algoritmiek en de praktische constructie leveren nogal wat hobbels op die het beslechten op korte termijn een kwantumcomputer haalbaar te maken.

 · Answer

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.

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 één ligt een appel, achter welke deur ligt die appel? Ervan uitgaande dat de appel zich bijvoorbeeld achter deur nummer 8 bevindt, zal de normale computer deur nummer 1 openen, kijken of de appel daarachter ligt, en 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.

De theorie erachter bestaat al reeds lange tijd, wanneer de technolgie daar voor klaar is, hangt af van financiën.

http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2012/03/-hacking-the-cosmos-quantum-computers-will-solve-problems-that-would-take-todays-computers-longer-th.html

http://nl.wikipedia.org/wiki/Kwantumcomputer

 · Answer

Eigenlijk werk een kwantumcomputer door informatie op te slaan in de fundamentele eigenschappen van subatomaire deeltjes ipv een transistor. 
Een goed voorbeeld is een elektron. Deze kan linksom of rechtsom om zijn eigenas draaien (spin). In een kwantum computer maak je hier gebruik van door dit te koppelen aan een aan (1) en uit (0) toestand zoals in de informatie wordt gedaan. Bijvoorbeeld links om is 1, rechtsom 0. Dit maakt te mogelijk om op een super kleine schaal informatie op te slaan!

Daarnaast is mogelijk om kwantum effecten te gebruiken om nog sneller berekeningen uit te laten voeren. Het gaat hierom kwantum verstrengeling en superpositie. 
- Superposities 'ontstaan' eigenlijk doordat je niet weet of een subatomaire deeltjes een bepaalde eigenschap heeft totdat je 'kijkt'. Dus ons elektron is zowel een beetje linksdraaiend als rechtsdraaiend totdat je 'kijkt'. Dit betekend dat je tegelijkertijd een combinatie van een 0 en 1 toestand kan hebben op 1 elektron. Dit vergroot het aantal mogelijk toestanden die je kan gebruiken voor berekeningen. bijvoorbeeld 0,1, beetje meer 0 dan 1, meer 1 dan 0, etc. Hierdoor kunnen er meerdere berekeningen tegelijk kunnen worden uitgevoerd.
- Kwantum verstrengeling is niets anders dan dat eigenschappen van verschillende subatomaire deeltjes aan elkaar gekoppeld kunnen zijn. Dus als je bijvoorbeeld naar een elektron kijk en ziet dat die linksdraaiend is wordt een ander verstrengeld elektron ook linksdraaiend. In theorie zou je dit kunnen gebruiken voor supersnelle data overdracht bijvoorbeeld.

Er wordt hard gewerkt aan kwantumcomputers. Zo heeft de TU Delft bijvoorbeeld recent een mini-kwantumcomputer gemaakt, die ook echt uitgelezen en geschreven kan worden. Het is moeilijk te zeggen wanner er een op de alledaagse markt komt, maar je moet denken aan tientalen jaren.

hoe werkt een kwantumcomputer?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (2)

Weet jij het beter..?