Inspiration

Kvantdatorn – så funkar nästa tekniska jättekliv

Vi befinner oss på randen av en helt ny era inom datortekniken. Kvantdatorn har funnits som begrepp i över 30 år men nu ser det ut som om teorierna faktiskt kan bli verklighet. Den gåtfulla tekniken kommer att vända upp och ner på allt från IT-säkerhet till medicin, tillverkningsindustri och artificiell intelligens.

Moores lag, uppkallad efter en av Intels grundare Gordon Moore, säger att antalet komponenter på en viss yta av integrerade kretsar fördubblas ungefär varje år. Det innebär alltså att processorer blir dubbelt så snabba för varje år. 1975 reviderade Moore sin spådom till att gälla vartannat år. Och den principen har visat sig ungefär korrekt för de senaste 100 åren.

Nu börjar dock fysikens lagar sätta begränsningar för hur många transistorer det går att klämma in på ett processorchip. Dessutom har ett antal helt nya sätt att utforma datorer börjat stjäla den traditionella datorns strålglans. Ett av dessa är kvantdatorn.

Genom att utnyttja kvantmekanikens olika principer är det möjligt att bygga en dator som i vissa tillämpningar är närmast oändligt mycket snabbare än en traditionell dator. Kvantdatorers skulle kunna leda till viktiga framsteg inom områden där extremt stor beräkningskapacitet är avgörande. Som till exempel forskning kring kroppens minsta beståndsdelar eller maskininlärning baserat på stora datamängder.

Så funkar det: Etta och nolla på samma gång

En vanlig dators minsta beståndsdel kallas ”bit” och kan ha värdet 1 eller 0. Åtta ”bitar” bildar en ”byte” och genom kombinationen av ettor och nollor lagrar vi data i våra datorer.

En kvantdator har så kallade kvantbitar eller ”qubits”. De kan vara 1, 0 och alla möjliga värden däremellan – samtidigt. Detta tillstånd kallas kvantmekanisk superposition. Till skillnad från en vanlig dator där exempelvis 20 bitar kan ha ETT av 20 värden i taget kan 20 qubits ha två upphöjt till 20 värden samtidigt, alltså över en miljon värden på samma gång. Det ger potentiellt en enorm beräkningskapacitet. Men för att ha någon nytta av flera qubits krävs att de är ihopkopplade genom sammanflätning. Det är ett kvantmekaniskt fenomen som gör att en beräkningsoperation som genomförs på en qubits påverkar alla de andra bitarna i samma system.

En kvantdator är inte snabbare än en vanlig dator på alla typer av beräkningar. I själva verket kommer den att vara sämre på alldagliga uppgifter som att streama en film eller surfa på nätet. Men i vissa specifika fall excellerar kvantdatorn och då med oöverskådliga mått.

Vänder upp och ner på IT-säkerhet

Ett exempel är att faktorisera primtal, tal som bara är delbara med ett (1) eller sig själv. Dessa används som nycklar i dagens krypteringsalgoritmer och att testa alla de cirka 4x10^18 kända primtalen för att knäcka en specifik kryptering skulle ta en evighet för en vanlig dator. Men eftersom en kvantdator teoretiskt kan testa alla kombinationer samtidigt kan den räkna ut svaret i princip direkt.

Det här gör att vi måste tänka om när det gäller hur vi krypterar data när vi, och framförallt cyberbrottslingar, har tillgång till kvantdatorer. En lösning är att använda kvantkryptering som teoretiskt sett är omöjligt att knäcka.

Sverige långt framme

Chalmers Tekniska Högskola i Göteborg har forskat om kvantdatorer i närmare 20 år och förra året fick de sammanlagt närmare en miljard kronor för att bedriva ett tioårigt forskningsprojekt med målet att skapa en kvantdator med 100 qubits.

Redan idag finns kvantdatorer på marknaden som till exempel kanadensiska företaget D:Wave som säljer sin kvantdator D:Wave 2000Q för femton miljoner dollar. Men flera experter och forskare har varit skeptiska till om D:Wave verkligen kan klassas som en äkta kvantdator. Det har dock inte hindrat Google och Nasa från att experimentera med D:Waves hårdvara.

En annan aktör som satsar på kvantdatorer är IBM som lanserat sin molntjänst IBM Q Experience där vem som helst kan testa hur en kvantdator fungerar. Eftersom kvantdatorerna är stora, energikrävande och väldigt känsliga för störningar är det kanske just som molntjänster som de kommer att göras tillgängliga under överskådlig tid.

3 tänkbara applikationer för en kvantdator

1. Optimering

Föreställ dig att du är en handelsresande och vill räkna ut den mest effektiva rutten mellan ett antal städer. Det låter kanske trivialt, men med bara 270 destinationer är antalet möjliga resvägar fler än alla atomer i universum. Eftersom en kvantdator kan jämföra ett oräkneligt antal kombinationer samtidigt skulle den här och andra typer av optimeringsutmaningar kunna lösas utan problem.

2. Maskininlärning och AI

Utmaningen inom maskininlärning och artificiell intelligens är att hantera och se mönster i stora mängder data. Här kommer kvantdatorn med sin enorma beräkningskraft att kunna ta jättekliv.

3. Simulera molekyler

För att räkna ut hur exempelvis ett nytt läkemedel kommer att fungera krävs otroligt mycket processorkraft för att simulera beteendet hos bara några få molekyler. Samma sak gäller inom tillverkningsindustrin om du vill räkna ut hur molekylerna i ett materialslag beter sig. Men kvantdatorns förmåga att hantera exponentiellt mer komplicerade problem gör den perfekt för simuleringar på molekylär nivå.

Håll dig uppdaterad med de senaste tekniktrenderna genom att följa oss Linkedin.

Lät detta läskigt att kvantdatorn kan vända upp och ned på dagens IT-säkerhet? Var ej orolig, vi är inte där än, det finns dock många andra säkerhetshot som faktiskt kan drabba dig nu.

Kvantdatorer skulle i teorin enkelt kunna knäcka dagens svåraste krypteringsalgoritmer.

17 september 2018

Taggar