Video

Transcriptie

In onze geschiedenis bestond menselijke technologie

uit onze hersenen, vuur en speren.

Terwijl vuur en speren energiecentrales en kernwapens werden,

hebben onze hersenen de grootste upgrade meegemaakt.

Sinds de sixties is onze hersenkracht exponentieel blijven groeien,

waardoor computers tegelijkertijd kleiner en krachtiger konden worden.

Maar dit proces staat op het punt zijn fysieke grenzen te bereiken.

Computeronderdelen naderen de grootte van een atoom.

Om dit probleem te begrijpen, moeten we wat basisprincipes ophelderen.

Een computer bestaat uit eenvoudige onderdelen die eenvoudige dingen doen.

Gegevens vasthouden en verwerken en controlemechanismen.

Computerchips hebben modules, die hebben logische poorten, en die weer transistors.

Een transistor is de eenvoudigste vorm van een gegevensprocessor in computers,

een schakelaar die de informatie kan blokkeren of de weg kan openen.

Deze informatie bestaat uit bits die kunnen worden ingesteld op 0 of 1.

Combinaties van bits worden gebruikt om complexere informatie weer te geven.

Transistors vormen logische poorten, die nog steeds heel simpele dingen doen.

Een AND-poort geeft een uitvoer van 1 als alle ingangen 1 zijn

en anders een uitvoer van 0.

Combinaties van poorten vormen zinvolle modules,

zoals voor het optellen van 2 getallen.

Als je kunt optellen, kun je ook vermenigvuldigen,

en als je dat kunt, dan kun je in principe alles doen.

Alle basistaken zijn van het niveau van 6-jarigen.

Stel een computer dan voor als 7-jarigen die basis wiskundevragen beantwoorden.

Als je er maar genoeg hebt kun je alles berekenen, van astrofysica tot Zelda.

Nu onderdelen steeds kleiner worden, maakt de kwantumfysica het lastig.

Een transistor is slechts een elektrische schakelaar.

Elektriciteit zijn elektronen die zich verplaatsen.

Een schakelaar kan voorkomen dat elektronen in een richting bewegen.

Tegenwoordig is een basismaat voor transistors 14 nanometer (nm),

8x kleiner dan de diameter van een virus en 500x kleiner dan een rode bloedcel.

Nu transistors zo klein zijn als een paar atomen,

kunnen elektronen zich door een barrière verplaatsen

via een proces dat Quantum Tunneling heet.

In het kwantumrijk werkt natuurkunde heel anders dan we gewend zijn,

en traditionele computers zijn overbodig.

We naderen een echte fysieke barrière voor onze technologische vooruitgang.

Om dit op te lossen,

probeert men deze ongebruikelijke kwantumeigenschappen

te gebruiken in kwantumcomputers.

In normale computers zijn bits de kleinste eenheid van informatie.

Quantumcomputers gebruiken qubits die een waarde van 0 of 1 kunnen hebben.

Een qubit kan elk kwantumsysteem met 2 niveaus zijn,

zoals draaien en een magnetisch veld, of een enkele foton.

0 en 1 zijn de mogelijke statussen van dit systeem,

zoals de horizontale of verticale polarisatie van fotonen.

In de kwantumwereld hoeft de qubit niet alleen 0 of 1 te zijn,

hij kan in elke verhouding van beide statussen tegelijk zijn.

Dit wordt superpositie genoemd.

Maar zodra je de waarde test, door het foton door een filter te sturen,

moet het beslissen of het verticaal of horizontaal gepolariseerd is.

Dus zolang het niet wordt waargenomen,

bevindt de qubit zich in een superpositie van kansen voor 0 en 1,

en je kunt niet voorspellen welke het zal zijn.

Maar zodra je het meet, springt het in een van de twee statussen.

Superpositie is een gamechanger.

Vier bits samen kennen 2 tot de macht 4 verschillende statussen.

Dat zijn 16 mogelijke combinaties, waarvan je er maar één kunt gebruiken.

Vier qubits in superpositie kunnen in al die 16 combinaties tegelijk voorkomen.

Dit aantal groeit exponentieel met elke extra qubit.

Twintig kunnen al een miljoen waarden parallel opslaan.

Een vreemde en niet-intuïtieve eigenschap van qubits, is verstrengeling,

een verbinding die ervoor zorgt dat elk van de qubits direct reageert

op een verandering in de status van de ander, ongeacht de afstand.

Wanneer je dus één verstrengelde qubit meet,

kun je de eigenschappen van de andere afleiden zonder te hoeven kijken.

Qubit-manipulatie is ook een breinbreker.

Een normale logische poort krijgt een eenvoudige invoer

en produceert één duidelijke uitvoer.

Een kwantumpoort manipuleert een invoer van superposities,

roteert waarschijnlijkheden en produceert een andere superpositie als uitvoer.

Een kwantumcomputer stelt een aantal qubits op,

past kwantumpoorten toe om te verstrengelen en kansen te manipuleren,

en meet dan de uitkomst,

waarbij superposities worden gevouwen tot een reeks van nullen en enen.

Je krijgt dan alle berekeningen die mogelijk zijn met je setup,

allemaal tegelijkertijd.

Je kunt dan maar één van de resultaten meten

en het zal degene zijn die je wilt,

dus je zou het nog eens moeten proberen.

Door slim van superpositie en verstrengeling gebruik te maken,

kan dit veel efficiënter zijn dan met een normale computer.

Hoewel kwantumcomputers waarschijnlijk niet onze thuiscomputers zullen vervangen,

zijn ze op sommige gebieden enorm superieur.

Zoals het zoeken in databases.

Om iets in een database te vinden, moet een normale computer elke invoer testen.

Quantumcomputers hebben alleen de vierkantswortel van die tijd nodig,

wat voor grote databases een enorm verschil is.

Het gebruik van quantumcomputers verwoest de IT-beveiliging.

Je browse-, e-mail- en bankgegevens worden nu beveiligd

door encryptie waarin je iedereen een sleutel geeft

om berichten te coderen die alleen jij kunt decoderen.

Het probleem is dat met deze sleutel je geheime privésleutel kan worden berekend.

Gelukkig zou dit op een normale computer jaren van vallen en opstaan ​​vergen.

Maar een kwantumcomputer met megasnelheid zou dit in een handomdraai kunnen.

Nog een opwindend nieuw gebruik zijn simulaties.

Simulaties van de kwantumwereld kosten veel hulpbronnen,

en voor grotere structuren, zoals moleculen, missen ze nauwkeurigheid.

Dus waarom zou je kwantumfysica niet simuleren met echte kwantumfysica?

Kwantumsimulaties kunnen nieuwe inzichten opleveren over eiwitten

en een revolutie in de geneeskunde teweegbrengen.

We weten niet of kwantumcomputers slechts een gespecialiseerd hulpmiddel zijn,

of een grote revolutie voor de mensheid.

We wetem niet wat de grenzen van technologie zijn,

en er is maar één manier om daar achter te komen.