Verdens første kvantedatamaskin

En gruppe forskere fra blant annet IBM og flere amerikanske universiteter har ved hjelp av kloroform-molekyler laget verdens første kvantedatamaskin.

Ifølge San Jose Mercury News har forskerne funnet ut at ved å bruke radiobølger til å manipulere kjernen til de tre elementene i kloroform - hydrogen, oksygen og klor - kan man utføre et enkelt databasesøk på molekylnivå. Årsaken til at kloroform er blitt brukt, er at det er blant de enkleste organiske molekylene som finnes og at de er svært stabile.

En kvantedatamaskin er lynrask og utfører oppgaver tusen, kanskje millioner ganger raskere enn det beste som er i bruk i dag.

Selv om man nå har fått gjennombrudd i denne forskningen, vil det ta mange år før teknologien kan brukes til noe nyttig, men i teorien kan enheten eller dens etterkommere bli brukt til to hovedtyper av applikasjoner: kryptografi og avanserte databasesøk. Men også tunge beregninger, som for eksempel av primtall i forbindelse med kodeknekking, eller i forbindelse med utarbeidelse av værprognoser, vil kunne dra nytte av en slik enorm prosesseringskraft.

Kvantefysikkverdenen vil på de fleste virke noe underlig, slik at realitetene noen ganger ser ut til å bryte med all logikk. For eksempel, i den verden de fleste av oss beveger seg i, kan en person bare oppholde seg på ett sted om gangen, og partikler er rett og slett enkle korn av materie. Men ifølge San Jose Mercury News, kan elementærpartikler, som elektroner og protoner, i kvanteverdenen være på alle mulige steder på en gang.

Fordi en kvantedatamaskin arbeider på elementærpartikkelnivå, kan den gripe fatt i et spørsmål og undersøke alle mulige svar tilnærmet samtidig. Dette forklarer den ekstreme hastigheten. En konvensjonell datamaskin ville måtte undersøke alle mulighetene, en etter en, inntil den har funnet svaret. I et forsøk hvor det er fire mulige svar, vil en vanlig datamaskin måtte gjøre 2.25 forsøk før det riktige svaret blir funnet. En kvantedatamaskin vil analysere alle de fire mulige svarene ved hjelp av en enkel forespørsel.

For bare to år siden trodde mange at dette var umulig å få til. Det praktiske problemet var å opprettholde molekylet i en sammenhengende tilstand lenge nok til å gjøre beregningen.

- Trikset i å lage en kvantedatamaskin er å kunne forstå de merkelige fysiske reglene og å kunne overføre problemet ditt til disse merkelige reglene, sier Isaac Chuang, forsker ved IBMs Almaden Research Center i San Jose. Arbeidet er gjort i samarbeid med forskere fra Massachusetts Institute of Technology, Universitetet of Oxford, og University of California i Berkeley og Standford.

Forskerne brukte kjernefysiske magnetresonansteknikker for å studere strukturen til molekylet, samt til å kontrollere retningen til molekylets kjerner, før de manipulerte det med en radiobølge.

- Vi representerte 0 og 1 ved hjelp av en av tilstandene til en kjerne, nemlig retningen til det kjernefysiske spinnet, forklarer Chuang.

- Peker det oppover eller peker det nedover?

Spinnet kan også være halvveis mellom null og en, en tilstand som er umulig i konvensjonelle transistorer og datamaskiner. Dette gjør at hvert molekyl kan ha tre forskjellige tilstander. Dette gjør at man kan lagre mer informasjon i den samme mengden molekyler, enn hvis spinnet bare kunne ha to tilstander.

Et lite eksempel: Et tegn på en datamaskin (for eksempel en bokstav), representeres på de fleste datamaskiner i dag av én byte, det vil si åtte bits eller åtte transistorer. Til sammen kan disse åtte transistorene representere 256 forskjellige verdier. Hvis man i stedet bruker kloroform-molekyler, klarer man seg lenge med to. Et kloroform-molekyl, som inneholder fem kjerner, kan alene representere 243 forskjellige verdier. Dette er dessverre ikke nok til å representere dagens vanlige tegnsett for datamaskiner, så man må derfor bruke to molekyler. Men da får man plutselig mange flere muligheter. Hele 59.049 forskjellige verdier kan de to molekylene representere. Hvordan man vil utnytte dette, er ennå uvisst. Ett alternativ er å gå vekk fra totallssystemet og over til et tretallssystem. Men dette vil trolig være noe drastisk. En antakelig bedre løsning er å bruke to kjerner til å representere verdien av tre bits. Men selv med dette vil hvert kjernepar ha 50 prosent mer lagringskapasitet enn et tilsvarende par med transistorer.

San Jose Mercury Times skrev i februar om Sandia National Laboratories hvor forskere hadde fått til et liknende forsøk som det IBM har klart. Problemet var bare at Sandias "transistorer" krevde en arbeidstemperatur på minus 196 grader Celsius.

IBMs kvantedatamaskin fungerer i romtemperatur.

En praktisk detalj de fleste vil kunne dra nytte av, er søking etter ord blant alle dataene lagret i forbindelse med verdensveven.

Ifølge San Jose Mercury News tok forskere ved IBM for ikke så lenge siden et såkalt øyeblikksbilde av hele weben, mer enn 8 trillioner (8.000.000.000.000.000.000) bytes med data. Søket etter ett enkelt ord ville ta en hel måned med en konvensjonell datamaskin. Ved å bruke en enkel kvantedatamaskin, ville søketiden kunne reduseres til 27 minutter.

Til toppen