Gennembrud: Er IBM's nye kvantecomputer alle andre computere overlegen?
Med en kvantecomputer, der bruger 50 kvantebit til at udføre beregninger, er IBM tæt på at have udviklet en helt suveræn regnemaskine.
Kvantecomputer

IBM's nye kvantecomputer fungerer kun, når den er nedkølet til få hundrededele af en grad over det absolutte nulpunkt ved minus 273,15 °C. Her ses computeren, før den kommer i dybfryser. (Foto: IBM) 

IBM har netop præsenteret en kvantecomputer, der er langt kraftigere end dem, vi hidtil har set. Den har nemlig 50 kvantebit at gøre godt med, fremgår det af en pressemeddelelse fra firmaet.

Tidligere i år blev kvantecomputere med 17 kvantebit fremhævet af både IBM og Intel, så der er et voldsomt spring fremad, IBM nu har præsteret. En rekord, som vækker opsigt.

»Det er fantastisk spændende, hvad IBM har gang i. Nu starter kapløbet mod en rigtig kvantecomputer for alvor,« siger Klaus Mølmer, der er professor og kvanteforsker ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

Historien kort
  • IBM har udviklet den suverænt kraftigste universelle kvantecomputer, der hidtil er set.
  • Computeren har 50 kvantebit at gøre godt med. Den er muligvis alle eksisterende computere overlegen.
  • Om ikke andet viser IBM vejen mod kvantecomputere, der virkelig kan bruges til noget.

»Jeg er ikke overrasket. Det er ikke længe siden, at udmeldingen fra IBM lød, at firmaet ville være klar med en kvantecomputer i denne størrelse i løbet af få år. Men det er da fabelagtigt, at de allerede nu har en prototype.«

Google er lige i hælene

Med den nye, kraftfulde kvantecomputer får IBM sendt en tydelig besked til Google, som også arbejder på at bygge kvantecomputere.

Fra Google-forskerne har meldingen nemlig lydt, at de ville være klar med en 49 kvantebit kvantecomputer inden årets udgang. Men nu er de overhalet indenom.

Kvantespringet er vigtigt, for nu begynder kvantecomputernes regnekraft at ligne noget. Kvantecomputere giver for alvor mening, når de kan udføre beregninger, som ingen konventionelle computere kan klare, og det er vi tæt på med IBM's nye vidunder.

Et vigtigt skridt mod udbredelsen af kvantecomputere er netop at vise, at de er almindelige computere overlegne.

Kvante-overlegenhed (quantum supremacy) betyder, at kvantecomputeren kan foretage beregninger, som i praksis ikke kan lade sig gøre på konventionelle supercomputere.

Kvantecomputer

Sådan ser det nye vidunder ud i al sin pragt. Indtil videre er der kun tale om en fungerende prototype. (Foto: IBM)

Kvanteoverlegenhed er et skridt på vejen

At en kvantecomputer kan demonstrere kvanteoverlegenhed, betyder ikke nødvendigvis, at den kan bruges til noget nyttigt.

Det er nemlig ikke sikkert, at den specifikke beregning, som kvantecomputeren kan udføre langt bedre end almindelige computere, kan bruges til det helt store.

»Kvanteoverlegenhed er et veldefineret, matematisk mål, og det kræver i omegnen af 50 kvantebit. Det er et hardware-problem – kan vi udvikle en kvantecomputer, som kan løse et problem, der ikke kan løses af konventionelle computere?« siger Charles Marcus, der er professor ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet – ikke som en kommentar til IBM's nye prototype, men helt generelt.

»Det handler ikke om at løse et praktisk problem eller udvikle den form for kvantecomputere, som folk efterspørger. Men kvanteoverlegenhed vil sandsynligvis vise os en vej mod en brugbar kvantecomputer.«

Mange mulige anvendelser

I første omgang handler det blot om at vise, at kvantecomputere rent faktisk overgår alverdens supercomputere.

I anden omgang kommer det til at handle om anvendelserne.

Kvantecomputere vil ikke være gode til alverdens ting, men når det gælder om at finde den rigtige løsning til problemer med ekstremt mange mulige løsninger, kan de være helt suveræne.

      50 kvantebit forbundet

      De 50 kvantebit i IBM's nye kvanteprocessor er forbundet på kryds og tværs. De skal kunne påvirke hinanden, når beregningerne er i gang. (Illustration: IBM)

      De vil blandt andet kunne bruges til at:

      • Udvikle ny medicin og bedre materialer til solceller og superledere
      • Foretage lynhurtige databaseopslag
      • Bryde koder
      • Udvikle bedre kunstig intelligens

        Og det er værd at bemærke, at forskningen i kvantealgoritmer, og dermed de mulige anvendelser, kun lige er begyndt.

        Men om computeren kan vise kvante-overlegenhed vides endnu ikke – det oplyser IBM ikke noget om.

        »Jeg har bidt mærke i, at samtidig med, at antallet af kvantebit stiger, så er det lykkedes at gøre kohærenstiderne bedre. (Læs mere i boksen under artiklen, red.) Det går fremad med begge dele,« siger Klaus Mølmer og fortsætter:

        »Men det er ikke sikkert, at kvantecomputeren regner helt præcist. Måske er det heller ikke nødvendigt for at vise kvante-overlegenhed. Det kan være, at en tilnærmet værdi er god nok. Men så er det matematiske problem ikke helt så svært at løse, og så kan en klassisk computer måske også klare det.«

        Kvanteprocessor

        Selve kvanteprocessoren ser ikke ud af så meget. Men det er her, magien sker. (Foto: IBM)

        Måske skal der mere til

        Selv om IBM-computeren fungerer som ventet, er det dog muligt, at der skal lidt mere end 50 kvantebit til overlegenhed.

        Og måske er målet om overlegenhed heller ikke så vigtigt.

        I hvert fald fortæller Klaus Mølmer, at europæiske forskere ikke taler så meget om kvanteoverlegenhed, men mere om 'quantum advantages' – kvantefordele.

        Her handler det om problemer, eksisterende computere godt kan løse i praksis, men hvor kvantecomputeren vil kunne gøre det hurtigere.

        Under alle omstændigheder er der ikke længere megen tvivl om, at vi nok skal få kvantecomputere, som kan give baghjul til alle eksisterende computere.

        Det bliver spændende at følge, hvordan de vil ændre vores samfund.

        Kvantecomputere må ikke stoppes midtvejs

        Kvanteoverlegenhed handler ikke kun om antallet af kvantebit, men også om, hvor godt kvantecomputeren virker.

        Den skal helst udføre beregningerne fejlfrit (eller være i stand til at rette fejlene efterhånden), og den skal kunne foretage sine beregninger hurtigt – før naturen spænder ben.

        En kvantecomputer udnytter kvantemekanikkens love til at klare visse former for beregninger langt mere effektivt, end det er muligt med almindelige computere.

        Hvor sidstnævnte bruger bit, som enten kan være 0 eller 1, regner en kvantecomputer med kvantebit, som kan være 0 og 1 samtidig.

        Det er muligheden for at have kvantefysiske overlejringer (superpositioner) af 0 og 1, der gør hele forskellen.

        Men så skal kvantecomputeren også have tid til at regne færdig, for man kan ikke stoppe beregningen halvvejs og så regne videre senere.

        Det forbyder kvantemekanikkens love, for når man stopper maskinen for at kigge, svarer det til at udføre en måling på kvantesystemet, og så falder alle de særlige kvantetilstande sammen – alle de kvantebit, der både kunne være 0 og 1 samtidig, ender med blot at være 0 eller 1.

        Fjenden er dekohærens

        Kvantetilstandene er meget skrøbelige, men det hjælper at nedkøle kvantecomputeren til tæt på det absolutte nulpunkt. Så forlænges den såkaldte kohærenstid – den tid, som kvantecomputeren har til at regne færdig.

        Kohærens betyder, at de særlige kvantetilstande, som giver kvantecomputeren superkræfter, opretholdes.

        Modsat betyder dekohærens, at kvantetilstandene forsvinder, og så fungerer kvantecomputeren ikke længere.

        »Den store fjende er dekohærens. Det gælder om at forhindre naturen i at udføre målingen for tidligt, før kvantecomputeren er klar med sine beregninger,« som Charles Marcus siger det.

        I samarbejde med Microsoft forsøger han og hans forskergruppe at udvikle en kvantecomputer, der netop kan fungere i lang tid, før kvantetilstandene forsvinder som dug for solen. Det kan man læse mere om i artiklen Niels Bohr-forskere tager solidt skridt mod en kvantecomputer.

        IBM's nye kvantecomputer har en kohærenstid på cirka 90 mikrosekunder, og det skulle være nok til at udføre kvanteberegninger.

        Videnskab.dk Podcast

        Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.