Quantum Computing Revolution:Fra DNA-lagring til superhurtig behandling

Billedkredit:sakkmesterke/iStock/GettyImages

Kvantemekanisk fundament

Kvanteberegning er bygget på principperne for kvantemekanik, den gren af fysikken, der forklarer partiklernes opførsel på atom- og subatomært niveau. Nøglebegreber omfatter energikvantisering, bølge-partikeldualitet, Heisenbergs usikkerhedsprincip og korrespondanceprincippet, som sikrer, at nye teorier forbliver i overensstemmelse med klassisk fysik.

Sådan fungerer kvantecomputere

I modsætning til klassiske bits, der repræsenterer enten 0 eller 1, kan kvantebits (qubits) eksistere i en superposition af begge tilstande samtidigt. Dette giver en kvanteprocessor med mange qubits mulighed for at udforske et stort antal mulige løsninger parallelt. Kvantesammenfiltring - hvad Einstein beskrev som "uhyggelig handling på afstand" - lader qubits påvirke hinanden øjeblikkeligt, selv når de er fysisk adskilte, hvilket fjerner behovet for ledninger mellem fjerne qubits.

Applikationer og risici

På grund af deres ekstraordinære hastighed kunne kvantecomputere knække moderne krypteringssystemer og kompromittere cybersikkerhed. Men når de udnyttes ansvarligt, lover de gennembrud inden for kunstig intelligens, materialevidenskab, energiteknologi og logistik. For eksempel kunne kvantesimuleringer designe mere effektive solceller, optimere batterier til elektriske køretøjer og strømline trafikstrømmen.

Nøgle milepæle i Qubit-udvikling

• 1998 – Oxford University (UK) demonstrerede en 2-qubit-processor.
• 1998 – IBM, UC Berkeley, Stanford og MIT byggede en 2-qubit-processor.
• 2000 – Münchens tekniske universitet (Tyskland) producerede en 5-qubit-processor.
• 2000 – Los Alamos National Laboratory (USA) afslørede en 7-qubit-processor.
• 2006 – Institute for Quantum Computing, Perimeter Institute og MIT oprettede en 12-qubit-processor.
• 2017 – IBM udgav en 17-qubit-processor.
• 2017 – IBM annoncerede en 50-qubit-processor.
• 2018 – Google afslørede en 72-qubit-processor.

Lagring af kvantedata:DNA-forbindelsen

Nuværende kvantesystemer kan endnu ikke duplikere eller permanent lagre qubit-information. Forskere udforsker alternative lagringsmedier, herunder DNA. I 2017 demonstrerede et hold, at et enkelt gram DNA kunne kode for ca. 215 millioner gigabyte data – langt overgået kapaciteten af konventionel todimensionel lagring og tilbyder et kompakt, holdbart medium.

Vejen videre

Brancheledere ræser om at bygge den næste generation af processorer. IBM tilbyder cloud-baseret kvanteadgang, der gør det muligt for forskere over hele verden at eksperimentere. Microsoft integrerer kvantefunktioner i Visual Studio med fokus på Majorana-fermioner, mens Google sigter mod at opnå "kvanteoverherredømme" ved at overgå nutidens supercomputere. På trods af hurtige fremskridt vil praktiske kvantemaskiner først dukke op i forskningslaboratorier og tænketanke; udbredt kommerciel tilgængelighed er sandsynligvis stadig flere år væk.