Kvantecomputer – en introduktion

Planen er at skabe en slags ‘computer over alle computere’, der ikke blot er lysår fra traditionelle computere i præstation og format, men som tillige baserer sig på helt andre principper, herunder forankringen i den særlige og næsten mytiske kvantefysik.

Vi tager her et kig ind i maskinrummet på en kvantecomputer og forklarer, hvilke forskelle disse nye computere har i forhold til traditionelle computere, og hvor de i givet fald skal benyttes.

En kvantecomputer er naturligvis en computer som enhver anden traditionel computer, forstået på den måde, at den i sin kvantedatabehandling (eller ‘quantum computing’ som det også hedder på engelsk) kan lagre og behandle data. Men derefter synes lighederne så også at ophøre.

Selvom kvantefysikken associeres med undersøgelser af stof så småt som på atomart og subatomart plan, så er en kvantecomputer alt andet end lille. De enorme processer, som foregår i kvantecomputere, kræver ikke blot masser af plads, men også mulighed for kontrol af den omkringværende temperatur. Processen med kvantebits kræver nemlig nedkøling til langt under 250 grader celsius for operation og vedligeholdelse.

En kvantecomputer er derfor ikke blot en computer, men også et større og komplekst omkringliggende nedkølingssystem, der er milevidt fra den lille blæsermekanisme, man ser i en almindelig computer.

For at beskrive, hvordan en kvantecomputer fungerer, er det næsten bedst at starte med at beskrive, hvordan enhver almindelig PC fungerer.

Almindelige computeres hukommelse er bygget op af bits, hvilket blot er andet ord for binære cifre. En traditionel computer opererer derfor med det binære talsystem, som kan lagre én af to mulige tilstande: eksempelvis værdierne “0” eller “1”.

Kvantecomputeren opererer ikke med bits men i stedet med kvantebits, som er en helt anden størrelse. Kvantebits kan både lagre værdierne 0 og 1 som en almindelig computer, men kan også lagre deres såkaldte superpositioner. Superposition er en betegnelse der bruges i kvantefysikken om en partikels evne til at befinde sig flere steder på en gang.

Det er netop benyttelsen af superposition i kvanteberegninger, der gør, at en kvantecomputer opererer med en helt anden spændevidde og præstation end en almindelig computer. Der kan på hurtigere tid udarbejdes eksponentielle algoritmer, som selv de store supercomputere har svært ved at hamle op med.

De seneste forsøg har vist, at en en kvantecomputer kan udregne et komplekst regnestykke på 3,5 minutter, hvilket en almindelig computer ville være omtrent 10.000 år om at udregne. Årsagen til den ekstreme regnekraft skal naturligvis ses i kvantecomputerens brug af kvanteteknologi, der gør den meget mere overlegen end den mere to-dimensionelle standardcomputer.

Eftersom kvantedatabehandling kan rumme og behandle uendelige mængder af information set i forhold til både almindelige computere og supercomputere, er de oplagte til brug for massive, komplekse opgaver.

Kvantecomputerproduktionen er dog stadig spæd, og der er et stykke vej endnu, før deres fulde potentiale kan udnyttes i praksis. Men når det sker, forventer man, at kvantedatabehandling kan hjælpe til indenfor kemi i form af forskning i molekyler, der i sidste ende kan hjælpe os med udviklingen af bedre og mere effektiv medicin.

Man forventer også, at kvantecomputere kommer til at spille en rolle i cybermæssige sikkerhedsspørgsmål, fordi de har regnekraften til at udforme langt mere komplekse sikkerheds-systemer.

I en verden, hvor big data bliver integreret flere steder i samfundet, forventer man, at kvantedatabehandling her på sigt kan spille en betydelig rolle med at rumme og behandle endnu større datamængder, end de nuværende computere kan gøre.

Der tales også om en potentiel brug af kvantecomputere indenfor meteorologi, hvor disse computere vil være langt bedre og mere præcise til at forudsige vejret. Det kunne eksempelvis være som en slags præventiv brug, der kan hjælpe verden med at spotte eventuelt ødelæggende uvejr i tide. Eller den vil kunne blive brugt som et måle- eller beregningsapparat i forbindelse med den globale opvarmning.

Som nævnt bringer den potentielle fremkomst af kvantecomputere også et spørgsmål frem om sikkerhed. Det er især i spørgsmålet om kryptering, at der kan opstå visse skævheder på sigt.

Det hele afhænger naturligvis i sidste ende af, hvem der er i besiddelse af kvantecomputeren. En hacker med en kvantecomputer vil kunne udgøre en ekstrem sikkerhedsrisiko for stort set alle almindelige krypteringer med asymmetriske public-key-algoritmer, som benyttes i dag.

På samme måde kan man også vende situationen om til det gode. Et krypteringssystem skabt på baggrund af algoritmer fra en kvantecomputer vil være helt og aldeles ubrydeligt for en hacker, som kun er i besiddelse af en almindelig computer.

I en hypotetisk verden, hvor både cyberkriminelle og systemet råder over kvantecomputere, formoder man, at man til enhver tid vil kunne skabe en sikker og solid kryptering med kvantedatabehandling, som er ubrydelig for selv en hacker med en kvantecomputer. På samme måde som vi i dag kan beskytte vores computere og andre enheder mod cyberkriminelle via en kryptering fra en Virtual Private Network.

Selvom kvantecomputere er lysår over traditionelle computere, når det kommer til lagring og behandling af astronomiske mængder data, så forventer ingen, at traditionelle computere vil blive udfaset lige foreløbigt, hvis overhovedet nogensinde.

Kvantecomputere er netop ikke sat i verden som et forsøg på at skabe næste niveau af hjemmecomputere. De er snarere sat i verden for at sameksistere med almindelige computere, da de som udgangspunkt er skabt til at skulle varetage helt andre opgaver.

Faktum er også, at almindelige computere håndterer visse opgaver bedre end kvantecomputere. Herunder især almindelig hverdags onlinetrafik som e-mails, udarbejdelse af spreadsheets og lignende. De komplekse opgaver lader man kvantecomputere om