kvantdator

En kvantdator är en beräkningsenhet som använder kvantmekanik för att utföra flera beräkningar samtidigt. Kvantdatorer har i allmänhet enbart fast kopplad logik (hårdvara), jämförbart med traditionell digitalteknik, men sedan 2016 förekommer även omprogrammeringsbara kvantdatorer, som styrs av mjukvara. En konventionell binär kalkylator såväl som en binär dator, består i princip av två komponenter: en aritmetisk-logisk enhet och ett minne. Den aritmetisk-logiska transistorbaserade enheten kan skriva och läsa nollor och ettor till och från det kondensatorbaserade minnet som principiellt antar endera av två specifika lägen, logiskt representerat av 0 eller 1, det vill säga det binära talsystemet. Beräkningsresultat mellanlagras i minnet. I en generell dator lagras dessutom ett program i minnet och kan förändras under beräkningens gång, och styra beräkningarna. Alla tal och texter måste "översättas" till långa serier av binära 1:or och 0:or. Olika beräkningar kräver olika antal logiska beräkningssteg. Fortast går upp eller nedräkning med ett samt multiplikation med 2, sådana beräkningar behöver vanligen endast en operation för att erhålla ett korrekt resultat. Däremot tar division mellan två heltal och svar i form av heltal och restvärde flera operationer i anspråk, och ändå fler för division mellan två flyttal där många decimaler önskas. Kvantdatorn består i princip av ett enda minnesregister, och de logiska operationerna utförs direkt på minnet. Minnesregistret utgörs av en koherent kvantmekanisk vågfunktion som beskrivs av Schrödingers vågekvation. Minnesregistret kan liknas vid vattenytan på en sjö, och programmet vid vindstötar som river upp vågor och skapar komplicerade interferensmönster. Dessa mönster innehåller all information om hur vågorna skapades och utvecklades. Det är informationen i detta mönster av kvantvågor som utnyttjas för beräkningar med kvantdatorer. Kvantdatorns naturliga styrka är att den är byggd av koherenta kvantmekaniska system - atomer, molekyler, joner, kvantpunkter i halvledare, defekter i diamant, eller supraledande kretsar - och därför på ett naturligt sätt kan beräkna och simulera kvantmekaniska fenomen. Till exempel kan kvantdatorer i princip effektivt beräkna strukturen hos en molekyl, eller magnetismen i ett material – något som blir omöjligt för vanliga klassiska datorer när problemen växer i storlek. Kvantdatorns överlägsenhet när det gäller att beräkna materiens egenskaper på mikroskopisk nivå är just nu en av de viktigaste drivkrafterna för att bygga användbara kvantdatorer. För generella matematiska beräkningar är kvantdatorer inte snabbare än dagens datorer. Däremot är kvantdatorn överlägsen i vissa speciella fall där beräkningen kan utnyttja kvantmekaniska egenskaper som superposition och sammanflätning: de mest kända fallen är faktorisering av stora tal i produkter av primtal och sökning i databaser med kvantinformation.