Video

Transkription

För det mesta av våran historia, människans teknik bestod av från våran hjärna, eld och vassa pinnar

medans eld och vassa pinnar blev kärnkraftverk och kärnvapen

den största uppgraderingen är våra hjärnor

sedan 1960, har kraften i våra “hjärnmaskiner” växt exponentiellt.

Detta har gjort att våra datorer blivit både mindre och mer kraftfulla.

Men denna processen är påväg att nå sin fysiska gräns.

Datordelar närmar sig storleken av en atom.

För att förstå varför detta är ett problem

måste vi förklara grunderna.

[intro musik]

En dator är gjord av väldigt enkla komponenter (delar),

som gör väldigt enkla saker,

representera data, processerar data och styr vad som händer.

Datorchips består av moduler, som består av logik-grindar

och logik-grindar består av transistorer.

En transistor är den enklaste formen som hanterar data i datorerna.

En strömbrytare som antingen kan blocka eller låta informationen flöda.

Informationen är gjort av “bits” som kan vara antingen 0 eller 1.

Kombinationen av flera bits används för att representera mer komplex information.

Transistorer kombineras och skapar logik-grindar, som fortfarande gör väldigt enkla grejer.

t.ex skapar en AND-grind ger output 1 om alla input är 1

annars blir output 0

Kombinationer av logik-grindar skapar meningsfulla moduler

tillexempel för att addera två nummer

När man väl kan addera så kan man multiplicera

och när man kan multiplicera kan man typ göra vad som helst.

Eftersom alla uppgifter från grunden är enklare än förstaklass-matte,

så kan man tänka sig att datorn är en grupp sjuåringar

som räknar ut enkla mattefrågor.

En tillräckligt stor samling kan räkna ut allt från astro-fysik till (zelda?).

Men när delarna blir mindre och mindre gör kvantumfysik det lite komplicerat.

i ett nötskal så är en transistor bara en elektrisk växel

elektricitet är elektroner som rör sig från ett ställe till ett annat.

Så en växel kan blockera elektronerna att röra sig åt ett ett håll.

idag är en typisk transistor 14 nanometer

vilket är ungefär 8 gånger mindre än HIV-virusets diameter

och 500 gånger mindre än röda blodceller

när transistorer minskar till storleken av bara några få atomer

kan elektroner bara transformera sig till andra sidan av en växel.

med en process som kallas, kvantum-tunnel.

I kvantumvärlden fungerar fysiken annorlunda

och vanliga datorer slutar fungera logiskt.

Vi närmar oss en riktig fysisk barriär för våran teknologiska framfart.

För att lösa detta problem har forskare

försökt använda de ovanliga kvantum-funktionerna till deras fördel.

Genom att bygga kvantumdatorer.

I vanliga datorer så är bits den minsta mängden av information.

Kvantumdatorer använder qubits som även dem bara kan ha ett av två värden.

En qubit kan vara vilken som helst av andranivå kvantumsystemen.

exempelvis en snurr och ett magnetiskt fällt

eller en enda foton

0 och 1 är detta systemets möjliga positioner.

Som fotonens horisontella eller vertikala polarisering.

I kvantumvärlden måste inte qubiten vara i bara en av dem

den kan vara båda två samtidigt

det kallas superposition.

Men så fort du testar dennes värde, exempelvis genom ett filter

så måste den välja att bli horisontellt eller vertikalt polariserad.

Sålänge den är inte är observerad

så är qubits en superposition av 1 och 0,

och man kan inte förutspå vilken den ska bli.

Men så fort man mäter den så kolapsar den till en 1 eller 0.

Superpositioner förändrar spelreglerna.

4 av de klassiska bitarna kan vara 2^4 olika positioner åt gången.

Det finns alltså 16 olika kombinationer. Men du kan bara använda en.

4 qubits i superposition kan vara i alla de 16 kombinationerna samtidigt.

Summan växer exponentiellt för varje extra qubit.

20 stycken kan redan då spara en miljon värden parallellt.

En väldigt konstig och icke- intuitiv egnskap som qubits kan ha

är förveckling. En nära koppling som gör att de reagerar på den andras värde direkt.

Oavsett hur långt det är mellan dem.

Detta betyder att bara genom att mäta en av dem kan man ta reda på den andras värde.

Qubit-manipulation är också komplicerat.

En normal logik-grind får vanliga input och får ut ett definitivt svar.

En kvantumgrind manipulerar input från superpositioner

roterar möjligheterna

och skapar en annan superposition som resultat.

Så en kvantum dator skickar iväg några qubits

lägger till kvantumgrindar för att manipulera möjligheterna

mäter resultatet

reducerar superpositioner till en normal sekvens av ettor och nollor.

Vad detta betyder är att man får alla möjliga resultat, som kan göras med din input, samtidigt.

Du kan bara mäta ett av resultaten. Och kommer bara förmodligen vara den du vill ha.

Så du kan behöva dubbelkolla och försöka igen.

Men genom att använda superpositioner och förveckling

så kan detta vara exponentiellt mer effektivt än en vanlig dator.

Men kvantumdatorer kommer förmodligen inte ersätta våra vanliga datorer.

Endast i vissa områden där de är överlägsna.

Exempelvis, databas-sökning.

För att hitta något i en databas kan en vanlig dator behöva testa alla möjliga resultat en i taget.

Kvantumdatorer behöver bara roten ur av den tiden

för stora databaser är det en enorm skillnad.

Den mest välkända användningen av kvantumdatorer är förstörandet av it-säkerhet.

Just nu så hålls din surf, bank och email -data säker av krypteringssystem

i vilket man ger en publik nyckel för att kryptera data som bara du kan läsa.

Problemet är att den publika nyckeln kan användas för att räkna ut din privata nyckel.

Men som tur är så skulle det ta bokstavligen år för en vanlig dator att räkna ut.

Men en kvantumdator som är exponetiellt snabbare, fixar det på nolltid.

Ett annat användningsområde är simulation.

Simulationer av kvantumvärlden tar hårt på vanliga datorer.

Även för större strukturer ex. molekyler så saknas ofta noggrannheten.

Så varför inte simulera kvantumfysik med riktig kvantumfysik.

Kvantumsimulationer kan ge nya insikter om proteiner som kan revolutionera medicin

Just nu vet vi inte om kvantumdatorer bara kommer va ett väldigt speciellt verktyg

eller en stor revolution för mänskligheten.

Vi har ingen aning var gränserna för teknologin är och det finns bara ett sätt att ta reda på det.

Denna videon är sponsrad av Australienska Akademin för Vetenskap.

De främjer och sponsrar excellence inom vetenskap.

Lär er mer om detta ämnet och andra liknande på nova.org.au

Det var kul att arbeta med dem så gå och kolla deras hemsida.

Våra videos är möjliga tack vare ert stöd på patreon.com

Om du vill hjälpa oss och bli en del av Kurzgesagt-fågelarmé,

gå till vår patreon-sida.