Forestil dig en labyrint med tusindvis af gange. En almindelig computer prøver dem én ad gangen, meget hurtigt, men stadig en ad gangen. En kvantecomputer kan, groft sagt, udnytte, at naturen på det mindste niveau opfører sig anderledes, og dermed gribe visse problemer helt anderledes an. Sådan lyder den populære fortælling, og den er en forenkling, der er lige så let at misforstå, som den er fristende at gentage.
Kvantecomputere er en reel forskningsretning, og der bliver bygget maskiner, som kan køre små, specielle opgaver. Men de er ikke hurtigere udgaver af den computer, du har på skrivebordet. De er et helt andet slags værktøj. Her er, hvordan de fungerer i grove træk, hvad de måske kan bruges til, og hvorfor din pc ikke bliver erstattet.
Hvad er en qubit?
I en almindelig computer er den mindste enhed en bit. En bit er enten 0 eller 1, ligesom en kontakt er enten tændt eller slukket. Alt, hvad din computer gør, fra at vise et billede til at afspille musik, er i bund og grund enormt mange 0’er og 1’ere, der bliver behandlet.
En kvantecomputer bruger i stedet qubits. En qubit kan også være 0 eller 1, men den kan desuden befinde sig i en tilstand, der er en slags blanding af de to. Det kaldes superposition. Hvis en bit er en mønt, der ligger med plat eller krone opad, er en qubit mere som en mønt, der snurrer rundt på bordet, og som endnu ikke har besluttet sig.
Billedet er ikke perfekt, men det rammer noget vigtigt. Så snart du måler på en qubit, ender den med at give dig ét enkelt resultat, enten 0 eller 1. Den snurrende mønt falder ned. Pointen er, at du kan arbejde med den snurrende tilstand, før du kigger efter.
Hvorfor er det mere end bare mange bits?
Én qubit i en blandet tilstand er ikke i sig selv særlig brugbar. Kraften opstår, når flere qubits bliver koblet sammen. Her kommer endnu et kvantefænomen i spil, der hedder sammenfiltring. Når qubits er sammenfiltret, hænger deres tilstande sammen på en måde, der ikke kan forklares ved at se på hver enkelt for sig.
Det betyder, at en gruppe qubits kan repræsentere en meget stor mængde muligheder på én gang. Antallet vokser meget hurtigt for hver qubit, du lægger til. Men det er her, misforståelsen opstår. Det er ikke sådan, at en kvantecomputer prøver alle svar samtidig og så vælger det rigtige. Når du måler, får du kun ét resultat.
Kunsten er derfor at designe en beregning, så de forkerte svar ophæver hinanden, og det rigtige bliver det mest sandsynlige. Det kaldes interferens, og det er forskellen på en kvantealgoritme og blot at kaste tilfældigheder efter et problem. Det er svært at gøre, og det virker kun for bestemte typer opgaver.
Det betyder også, at man programmerer en kvantecomputer på en helt anden måde. I stedet for at skrive trin for trin, hvad maskinen skal gøre med tal, designer man en kæde af operationer på qubits, så den samlede sandsynlighed bliver samlet om det rigtige svar. Der er kun relativt få problemer, hvor man kender en metode, der giver fordele.
Hvad kan de bruges til?
Forskere regner med, at kvantecomputere kan blive nyttige til nogle få, men væsentlige områder.
Det første er simulering af naturen. Atomer og molekyler følger kvantemekanikkens love, og det er meget tungt at regne på dem med almindelige computere. En kvantecomputer opfører sig selv efter de samme regler og kan derfor i princippet være en bedre model. Det kunne på sigt hjælpe med at forstå nye materialer, batterier eller kemiske processer og udvikle lægemidler.
Det andet er visse typer optimering og søgning, hvor der er mange mulige løsninger, og hvor en kvantealgoritme måske kan give en fordel. Her er billedet dog mere uklart, og fordelene er ofte mindre end forventet, eller afhænger af detaljer i problemet.
Det tredje er kryptografi. Nogle af de metoder, vi bruger til at beskytte data i dag, bygger på, at visse regnestykker er uoverkommeligt svære for almindelige computere. En tilstrækkelig stor og fejlfri kvantecomputer kunne i teorien løse nogle af dem langt hurtigere. Det er derfor, forskere og myndigheder allerede arbejder med nye krypteringsmetoder, som skal kunne modstå kvantecomputere. Det handler om at være på forkant, ikke om at der er en akut trussel mod dine beskeder i dag.
Hvorfor erstatter de ikke din pc?
Kvantecomputere er dårlige til det meste af det, du bruger en computer til. De er ikke bygget til at åbne et regneark, vise en film eller køre et spil. De er specialværktøjer til bestemte slags problemer, ligesom et mikroskop er godt til at se små ting, men ikke til at hamre søm i.
Det er derfor mere realistisk at forestille sig, at kvantecomputere bliver en slags specialiserede regnemaskiner, som man kan bruge via nettet, til bestemte opgaver, mens almindelige computere fortsat klarer resten. Mange regner med, at de to typer vil arbejde sammen.
En kvantecomputer er heller ikke noget, du installerer programmer på, som du gør på en pc. Du kan ikke åbne en browser på den eller gemme dine billeder. Den fungerer mere som et laboratorieinstrument, der får en bestemt opgave, regner på den og afleverer et resultat, som almindelige computere så arbejder videre med.
Hvad gør det så svært at bygge dem?
Qubits er ekstremt følsomme. En lille forstyrrelse fra varme, vibrationer eller elektromagnetisk støj kan ødelægge den skrøbelige tilstand, og beregningen går i fejl. Det kaldes dekohærens. Mange typer kvantecomputere skal derfor holdes i meget kontrollerede omgivelser, ofte ved ekstremt lave temperaturer.
Fejl er den store udfordring. Almindelige computere laver næsten aldrig fejl, mens qubits laver mange. Man kan rette fejl ved at bruge mange qubits sammen til at passe på én pålidelig, men det kræver langt flere qubits, end man har i dag. Der findes flere tilgange til at bygge qubits, og forskerne ved endnu ikke, hvilken der vinder på sigt.
Når du læser om en ny rekord i antal qubits, så husk, at antallet ikke er det eneste, der tæller. Kvaliteten, altså hvor sjældent qubits laver fejl, og hvor længe de holder deres tilstand, er mindst lige så vigtig.
Hvordan forholder du dig til overskrifterne?
Kvantecomputere får meget omtale, og det er let at få indtryk af, at de snart ændrer alt. Vær kritisk over for formuleringer som “milliarder af gange hurtigere” eller “løser alt på et øjeblik”. Sådanne påstande gælder højst særlige opgaver, ofte opgaver, der er konstrueret for at vise netop den forskel. Spørg, hvilken opgave der menes, hvad den sammenlignes med, og om resultatet har praktisk værdi.
Spørg også, hvem der står bag påstanden. Virksomheder og forskningsinstitutioner har både interesse i at vise fremskridt og i at tiltrække penge, og det er ikke det samme som at lyve. Men det betyder, at du bør læse pressemeddelelser med samme kritiske blik, som du ville bruge på enhver anden reklame.
Bundlinjen
En kvantecomputer er ikke en hurtigere pc, men en anderledes maskine, der udnytter kvantefysikkens regler til at løse bestemte problemer. Teknologien er spændende og i hastig udvikling, men også skrøbelig og endnu langt fra hverdagen. Du behøver ikke at vente på en kvantecomputer i stuen. Du kan i stedet følge udviklingen med sund skepsis og huske, at de mest realistiske anvendelser ligger i forskning og industri, ikke i din lomme.
