Kvanttitietokone
Kvanttitietokone on malli siitä, miten tietokone rakennetaan. Ajatuksena on, että kvanttitietokoneet voivat käyttää tiettyjä kvanttimekaniikan ilmiöitä, kuten superpositiota ja kietoutumista, suorittaakseen operaatioita tiedoilla. Kvanttilaskennan perusperiaatteena on, että kvanttitiedon ominaisuuksia voidaan käyttää datan esittämiseen ja operaatioiden suorittamiseen sillä. Teoreettinen malli on Turingin kvanttikone, joka tunnetaan myös universaalina kvanttitietokoneena.
Ajatus kvanttilaskennasta on vielä hyvin uusi. Kokeita on tehty. Niissä tehtiin hyvin pieni määrä operaatioita qubiteille (kvanttibiteille). Sekä käytännöllinen että teoreettinen tutkimus jatkuu kiinnostavana, ja monet kansalliset valtiolliset ja sotilaalliset rahoituslaitokset tukevat kvanttilaskentatutkimusta kvanttitietokoneiden kehittämiseksi sekä siviili- että sotilaallisiin tarkoituksiin, kuten salausanalyysiin.
Nykyiset tietokoneet, joita kutsutaan "klassisiksi" tietokoneiksi, tallentavat tietoa binäärimuodossa; jokainen bitti on joko päällä tai pois päältä. Kvanttilaskennassa käytetään qubitteja, jotka sen lisäksi, että ne voivat olla joko päällä tai pois päältä, ne voivat olla sekä päällä että pois päältä, mikä on tapa kuvata superpositiota, kunnes tehdään mittaus. Tavallisessa tietokoneessa datan tila tunnetaan varmasti, mutta kvanttilaskennassa käytetään todennäköisyyksiä. Vain hyvin yksinkertaisia kvanttitietokoneita on rakennettu, vaikka suurempia malleja on keksitty. Kvanttilaskennassa käytetään erityistä fysiikan lajia, kvanttifysiikkaa.
Jos suuria kvanttitietokoneita pystytään rakentamaan, ne pystyvät ratkaisemaan joitakin ongelmia paljon nopeammin kuin mitkään nykyiset tietokoneet (kuten Shorin algoritmi). Kvanttitietokoneet eroavat muista tietokoneista, kuten DNA-tietokoneista ja perinteisistä transistoreihin perustuvista tietokoneista. Jotkin tietokonearkkitehtuurit, kuten optiset tietokoneet, voivat käyttää sähkömagneettisten aaltojen klassista superpositiota. Ilman kvanttimekaanisia resursseja, kuten kietoutumista, ihmiset ajattelevat, että eksponentiaalinen etu klassisiin tietokoneisiin verrattuna ei ole mahdollinen. Kvanttitietokoneet eivät voi suorittaa toimintoja, joita klassiset tietokoneet eivät ole teoreettisesti laskettavissa, toisin sanoen ne eivät muuta Church-Turingin teesiä. Ne pystyisivät kuitenkin tekemään monia asioita paljon nopeammin ja tehokkaammin.
Blochin pallo on qubitin, kvanttitietokoneiden perusrakenneosan, esitys.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on kvanttitietokone?
A: Kvanttitietokone on malli siitä, miten rakentaa tietokone, joka käyttää tiettyjä kvanttimekaniikan ideoita, kuten superpositiota ja kietoutumista, suorittaakseen operaatioita tiedoille.
K: Miten se eroaa klassisista tietokoneista?
V: Klassiset tietokoneet tallentavat tietoa binäärinä; jokainen bitti on joko päällä tai pois päältä. Kvanttilaskennassa käytetään qubitteja, jotka voivat olla sekä päällä että pois päältä, kunnes tehdään mittaus. Tavallisessa tietokoneessa datan tila tunnetaan varmasti, mutta kvanttilaskennassa käytetään todennäköisyyksiä.
Kysymys: Mitä mahdollisia sovelluksia kvanttitietokoneilla on?
V: Mahdollisia sovelluksia ovat salausanalyysi (koodien murtaminen) ja ongelmien ratkaiseminen paljon nykyisiä tietokoneita nopeammin (kuten Shorin algoritmi).
K: Onko olemassa muitakin tietokonetyyppejä kuin kvanttitietokoneita?
V: Kyllä, on olemassa muuntyyppisiä tietokoneita, kuten DNA-tietokoneita ja perinteisiä transistoreihin perustuvia tietokoneita. Jotkin tietokonearkkitehtuurit, kuten optiset tietokoneet, voivat myös käyttää sähkömagneettisten aaltojen klassista superpositiota.
K: Sovelletaanko Church-Turingin teesiä kvanttitietokoneisiin?
V: Kyllä, kvanttitietokoneet eivät voi suorittaa toimintoja, joita klassiset tietokoneet eivät voi teoreettisesti laskea; ne eivät muuta Church-Turingin teesiä. Ne pystyisivät kuitenkin tekemään monia asioita paljon nopeammin ja tehokkaammin kuin klassiset koneet.
K: Onko laajamittainen kvanttilaskenta jo toteutettu?
V: Ei, qubitteja (kvanttibittejä) on käytetty vain hyvin yksinkertaisissa kokeissa, vaikka suurempia malleja on keksitty. Käytännön ja teoreettinen tutkimus jatkuu kiinnostavana, jotta voidaan kehittää laajamittaisia kvanttilaskentakapasiteetteja siviili- ja sotilastarkoituksiin.
