Video

Transskription

I størstedelen af vores historie har mennesket været bestående af

vores hjerner, ild og skarpe spyd.

Mens ild og skarpe spyd blev til kraftværker og atomvåben,

har den største opgradering været sket i vores hjerne.

Siden 1960’erne har kraften i vores hjernemaskiner udviklet sig meget,

hvilket har tilladt computere at blive mindre og mere kraftfulde på samme tid.

Men disse fremskridt er ved at møde deres fysiske grænse.

Computerdele er ved at nå størrelsen af et atom.

For at forstå hvorfor dette er et problem, bliver vi nødt til at få afklaret noget.

I En Nødeskald af kortsagt/kurzgesagt

En computer er lavet op af meget simple komponenter der gør meget simple ting,

repræsentere data, forstå det, og kontrollere mekanismer.

Computerchips er bitte små moduler,

som indeholder logiske gates hvilket indeholder transistorer.

En transistor er den simpleste form for data gennemgåelse i computere,

overfladisk set en afbryder der enten kan åbne eller lukke

vejen for informationen der vil igennem.

Denne information er opbygget af bits, hvilket enten kan være sat til nul eller en.

Kombinationer af flere bit bliver brugt til at repræsentere mere komplekse informationer.

Transistorer er beregnet til at lave logiske gates, som stadigvæk gør meget simple ting.

For eksempel kan AND-gates sende et output af én hvis alle af dens inputs er en,

ellers kommer der nul.

Kombinationer af logiske gates kan endeligt lave meningsfulde moduler,

for eksempel kan man tilføje to numre.

Når du først kan addere, så kan du også gange, og når du først kan gange,

så kan du stortset alt.

Siden alle normale handlinger er mere simpelt end førsteklasses matematik,

så du kan tænke på en computer som en gruppe syvårige

der svare på meget simple matematikspørgsmål.

En stor nok gruppe af dem ville kunne udregne alt fra astrofysik til Zelda-spil.

Men med dele der bliver mindre og mindre,

gør kvantemekanik pludseligt alting mere indviklet.

Så kort sagt er en transistor bare en elafbryder.

Elektricitet er elektroner der bevæger sig fra et sted til et andet,

så en kontakt er en korridor der kan blokere elektroner fra at bevæge sig fra at bevæge sig.

I dag er den typiske størrelse på en transistor 14 nanometer,

hvilket er omkring 8 gange mindre end HIV-virussens diameter

og 500 gange mindre end en råd blodcelles diameter.

I takt med at transistorer bliver på størrelse med få atomer,

vil elektroner bare overføre sig selv til den anden side af en blokkeret korridor

ved hjælp af en teknik der kaldes for kvantetunneleførelse.

I kvanteriget virker fysik anderledes end

de forudsigelige måder vi er vant til,

og tradiotionelle computere begynder med ikke at give mening.

Vi er på vej til at nå en real fysisk barriere for vores teknologiske fremskridt.

For at løse dette problem prøver videnskabsfolk at

bruge disse unormale kvante egenskaber til deres fordel

ved at bygge kvantecomputere.

I normale computere er bits den mindste enhed af information.

Kvantecomputere bruger qubits, hvilket kan bliver sat til en af to værdier.

En qubit kan være ethvert kvantesystem med to niveauer,

ligesom centrifugering i et magnetisk felt eller et enkelt foton.

Nul og et er dette systems mulige tilstande,

ligesom fotonets vandrette eller lodrette polarisering.

I kvanteverdenen behøver qubit ikke at være i bare en af disse:

den kan være i ethvert forhold, i begge tilstande, på samme tid.

Dette kaldes for ‘superposition’.

Men så snart du kan teste dens værdi, ved for eksempel at sende fotoner gennem et filter,

bliver den nødt til at bestemme sig for om den vil være vandret eller lodret polariseret.

Så, så længe den er uobserveret, vil qubit være i en superposition af sandsynligheder

fra nul til en, og du vil ikke kunne forudsige hvor den ville være.

Men så snart du måler den, vil den kollapse ind i et af de definitive tilstande.

Superposition er en game-changer.

Fire klassiske bits kan være 2 opløftet med 4

forskellige konfigurationer på samme tid.

Det er 16 mulige kombinationer, hvor du kun ville kunne bruge en af dem.

Fire qubits i superposition,

vil dog kunne være i alle af disse 16 kombinationer, på samme tid.

Dette tal vokser eksponentielt med hver ekstra qubit.

20 af dem kan allerede opbevare en million værdier, parallelt.

Et meget mærkeligt og ikke-intuitivt egenskab qubits kan have, er

sammenblanding, en tæt forbindelse, der får enhver af qubiterne

til at reagere til en ændring i de andres tilstand øjeblikkeligt,

lige meget hvor langt de er fra hinanden.

Dette betyder at når man måler bare en lille indviklet qubit,

vil du direkte kunne udlede egenskaberne af deres partnere uden at skulle kigge.

Qubitmanipulation er ligeså en mind-bender.

En normal logiske gate får et simpelt sæt af input

og producere derefter ét endeligt resultat.

En kvantegate manipulerer et input af superpositioner,

roterer sandsynligheder, og producerer en anden superposition som resultat.

Så en kvantecomputer opsætter nogle qubiter, tilføjer kvantegates til at indvikle dem,

og manipulerer sandsynligheder, og så måler den endeligt udkommet,

kollapser superpositioner til en faktisk sekvens med nuller og ettaller.

Hvad det betyder er at du vil få en masse udregninger

som er mulige med dit setup, alt færdigt på samme tid.

I sidste ende kan du altså kun måle ét af resultaterne,

og det vil forhåbentligt blive den du ønsker,

så du bør måske lige lave et doubletjek, og prøve igen.

Men ved at udnytte superposition og indvikling på en kløgtig måde,

kan dette blive mere effektivt

end hvad der nogensinde ville være muligt på en normal computer.

Så mens at kvantecomputere muligvis ikke vil erstatte vores private computere,

er de på visse områder ekstremt overlegne.

En af de områder er databasesøgning.

For a finde noget i en database,

skal en normal computer muligvis teste hver enkelte del af påstandende.

Kvantealgoritmer behøver en langt mindre del af den tid,

hvilket for store databaser gør en meget stor forskel.

Den mest kendte brug af kvantecomputere bliver brugt til at ruinere IT-sikkerheden.

Lige nu bliver din browsing, email og bankdata

holdt sikkert af krypteringssystemer hvor du giver enhver

en offentligt kode til at indkode beskeder som kun du kan afkode.

Problemet er bare at dette faktisk kan blive brugt

til at udregne din hemmelige private nøgle.

Heldigvis ville den nødvendige matematik på enhver normal computer

tage flere år af forsøg og fejl.

Men en kvantecomputer med eksponentiel hastighedsforøgelse

ville kunne gøre det som var det leg.

En anden meget spændende ny brug er simulation.

Simulation af kvanteverdenens kræver rigtig meget,

og selv for større strukturer, såsom molekyler,

mangler de ofte nøjagtigheden.

Så hvorfor ikke simulere kvantefysik med faktisk kvantefysik?

Kvantesimulationer kunne bidrage med nye syn på proteiner

som ville revolutionere medicinindustrien.

Lige nu ved man ikke om kvantecomputere

bare ville være et meget specialiceret værktøj, eller en kæmpe revolution for menneskeheden.

Vi har ingen idéer om hvor grænserne er, og der er kun én måde at finde ud af det!

Denne video er blevet støttet af Australsk Akademi for Videnskab,

som fremmer og støtter ekspertise i videnskaben.

Lær mere om dette emne og andre lignende

på .

Det var en fornøjelse at arbejde med dem, så se lidt på deres hjemmeside!

Vores videoer er også blevet lavet mulig ved hjælp af jeres støtte på Patreon.com.

Hvis du ønsker at støtte os og blive en del af Kurzgesagt fuglehær,

så se lidt på vores Patreonside.

Denne oversættelse er blevet skabt af: Sebastian Winkelmann, Amara.org