Kvanttitietokone

Kvanttitietokone on tietokone, joka suorittaa laskut käyttäen kvanttitilojen superpositiota apuna. Pieniä kvanttitietokoneita on rakennettu hiljattain, ja tutkimus jatkuu edelleen. Kanadalainen D-Wave-niminen yhtiö aikoo valmistaa kaupallisia laskentapalveluja tarjoavan, tunneling-tekniikkaan perustuvan kvanttitietokoneen vuoteen 2008 mennessä.

Mikäli suurempien kvanttitietokoneiden rakentaminen onnistuu, niillä voidaan ratkaista tiettyjä ongelmia huomattavasti klassisia tietokoneita nopeammin.

Techforecast-asiantuntijapaneeli arvioi kvanttitietokoneiden olevan yleisesti käytössä 2020-luvulla.

Kvanttitietokoneiden rakenne

Kvanttimekaniikan mukaan hiukkanen voi olla samanaikaisesti kahdessa tilassa tai kahdessa eri paikassa. Tilannetta havainnollistetaan tavallisesti Schrödingerin kissaksin nimellä tunnetulla ajatuskokeella. Tätä tilannetta kutsutaan superpositio.

Tavallinen tietokone käyttää laskennassa bittejä. Jokainen bitti sisältää joko ykkösen tai nollan, ja laite suorittaa laskutoimitukset bittien arvoja muuttamalla. Kvanttitietokone käyttää laskutoimituksissa kubittejä. Yksi kubitti voi sisältää joko ykkösen, nollan tai ykkösen ja nollan superposition, jolloin se on sekä ykkönen että nolla.

Superpositio mahdollistaa sen, että kvanttitietokoneilla on potentiaalia ratkaista joitain ongelmia nopeammin kuin klassisilla tietokoneilla: kvanttitietokoneessa moni luku on superpositiotilassa, ja kvanttitietokone suorittaa tätä kautta laskutoimituksen kaikille näille luvuille rinnakkain. Kvanttitietokoneessa yhden kubitin tila kaukovaikuttaa toisen tilaan ilman aikaviivettä, vaikka ne olisivat hyvinkin kaukana toisistaan. Tällä tavalla eräät aikaisemmin liikaa laskenta-aikaa vaatineet ongelmat voidaan ratkaista tehokkaasti. Kuuluisin esimerkki tästä on Peter Shorin 1994 kvanttitietokoneelle suunnittelema algoritmi, jolla luku voidaan jakaa tekijöihinsä tehokkaasti. Algoritmia voitaisiin käyttää murtamaan nykyisin yleisesti käytetty RSA-salakirjoitus.

Kvanttitietokoneiden rajoituksena on se, että mittaushetkellä superpositiot romahtavat, jolloin kvanttitietokoneella kyetään ratkaisemaan vain sellaisia ongelmia joiden vastaus löytyy yhdellä kysymyksellä. Useampia kysymyksiä ongelman ratkaisemiseksi ei siis voida kysyä.

Lähteet:

• Quantum computer solves problem, without running
• Päivi Törmä, Pienuus, kylmyys ja nopeus tieteessä - kvanttitietokoneista atomilasereihin
• 10. Nykyhetken ja tulevaisuuden tietokoneet