For store deler av vår historie
har mennesklig teknologi bestått av
våre hjerner, ild og skarpe pinner.
Mens ild og skarpe pinner ble kraftstasjoner og atomvåpen,
skjedde den største oppgraderingen til våre hjerner.
Siden 1960-tallet har kraften av våre "hjernemaskiner"
hatt en eksponentiell økning,
som tillater at datamaskinene blir mindre og kraftigere
på samme tid.
men denne prosessen er på vei til å møte sine fysiske begrensninger.
Datamaskindeler nærmer seg størrelsen av et atom.
For å forstå hvorfor dette er et problem,
må vi forstå det grunnleggende.
i et nøtteskall av kurzgesagt
En datamaskin er bygd opp av svært enkle deler
som gjør svært enkle oppgaver;
representere data, behandle dette og kontrollere mekanismene.
Databrikker inneholder moduler, som inneholder logiske gater,
som inneholder transistorer
En transistor er den enkleste formen for dataprosessering i datamaskiner,
altså en bryter som enten blokkerer eller åpner veien for
informasjon som kommer gjennom.
Denne informasjonen er bygd opp av bits, som kan bli satt til 0 eller 1
Kombinasjoner av flere bits blir brukt til å
representere mer kompleks informasjon.
Transistorer er kombinert for å lage logiske gater
som fremdeles gjør svært enkle oppgaver.
For eksempel en "AND"-gate her sender et uttak av 1
hvis alle dens inntak er 1-ere, og 0 hvis ikke.
Kombinasjoner av logiske gater skaper meningsfulle moduler,
si, for å legge sammen to tall.
Når du kan addere kan du også multiplisere
og når du kan multiplisere kan du gjøre hva som helst.
Fordi alle operasjoner er enklere enn 1. klasse-matematikk,
kan du se for deg en datamaskin som en gruppe 7-åringer
som svarer på svært enkle mattespørsmål.
En stor nok gruppe av dem kan utregne alt fra astrofysikk til Zelda
Men med deler som blir mindre og mindre,
gjør kvantefysikk ting innviklet.
Så kort sagt er en transistor bare en elektrisk bryter.
Elektrisitet er elektroner som flytter seg fra et sted til et annet,
så en bryter er en passasje som kan blokkere elektroner fra å bevege seg i en retning.
I dag er den typiske størrelsen på en transistor 14 nanometer,
som er omtrent 8 ganger mindre enn HIV-virusets diameter
og 500 ganger mindre enn den røde blodcellens diameter.
I takt med at transistorer blir mindre på størrelse på noen få atomer,
vil elektroner overføre seg selv til den andre siden av den blokkerte veien
ved hjelp av en prosess som kalles for kvantetunnelering.
I kvanteverdenen fungerer fysikk litt annerledes enn
de forutsigbare måtene vi er vant med,
og tradisjonelle datamaskiner gir rett og slett ingen mening.
Vi er på vei til å nå en ordentlig fysisk hindring for våre teknologiske fremskritt.
For å løse dette problemet prøver forskere å bruke disse unormale kvanteegenskapene
til deres fordel ved å bygge kvantemaskiner.
I normale datamaskiner er bits den minste enheten for informasjon.
Kvantemaskiner bruker qubits som også kan bli satt til én av to verdier.
En qubit kan være hvilket som helst kvantesystem med to nivåer,
som en sentrifugering i et magnetisk felt, eller et enkelt foton.
0 og 1 er systemets mulige tilstander,
som fotonets vannrette eller loddrette polarisering.
I kvanteverdenen trenger ikke qubiten å bare være én av disse,
den kan være i hvilket som helst forhold av tilstander på samme tid.
Dette kalles for superposisjon.
Men så snart du tester for dens verdi, ved f. eks. å sende fotonet gjennom et filter,
må den bestemme seg for å være enten vannrett eller loddrett polarisert.
Så, så lenge den er uobservert, er qubiten i en superposisjon
av sannsynligheter for 0 og 1, og du vil ikke klare å forutse hva den vil være.
Men så snart du måler den, vil den kollapse inn i ett av de definitive tilstandene.
Superposisjon er en game-changer.
Fire klassiske bits kan være 2^4
forskjellige konfigurasjoner på samme tid.
Det er 16 mulige kombinasjoner, hvor du kun kan bruke én.
Fire qubits i superposisjon,
vil derimot være i alle av disse 16 kombinasjonene på samme tid.
Dette nummeret vokser eksponentielt med hver ekstra qubit.
20 av dem kan allerede oppbevare en million verdier, parallelt.
Et meget merkelig og ikke-intuitivt egenskap qubits kan ha er
sammenfiltring, en tett forbindelse som får hver av qubitene
til å reagere til en endring i de andres tilstand øyeblikkelig,
uansett hvor langt unna de ligger fra hverandre.
Dette betyr at når man måler bare en liten sammenfiltret qubit,
vil du direkte kunne utlede egenskapene av deres partnere uten å kikke.
Qubitmanipulasjon er også en mind-bender
En normal logisk gate får et enkelt sett av input, og produserer ett resultat.
En kvantegate manipulerer et input av superposisjoner,
roterer sannsynligheter og produserer en annen superposisjon som resultat.
Så en kvantemaskin setter opp noen qubits, tilføyer kvantegater for å sammenfiltre dem
og manipulere sannsynligheter, deretter måler den endelig resultatet,
som kollapser superposisjonene til en ordentlig sekvens av nuller og ettall.
Hva dette betyr er at du vil få alle utregningene som er mulig med ditt oppsett
alt ferdig på samme tid.
Til slutt kan du bare måle ett av resultatene, og det vil bare kanskje være det du ønsket
så du må kanskje dobbeltsjekke og prøve igjen.
Men ved å utnytte superposisjoner og sammenfiltring på en smart måte
kan dette bli eksponentielt mer effektivt enn det vil være på noen datamaskin.
Så, mens kvantemaskiner sikkert ikke vil erstatte våre private datamaskiner,
er de på noen områder svært overlegne.
Et av områdene er databasesøkning.
For å finne noe i en database
må en normal datamaskin muligens teste hver eneste oppføring.
Kvantealgoritmer behøver kun kvadratroten av den tiden,
som for store databaser utgjør en stor forskjell.
Den mest berømte bruken av kvantemaskiner er å ruinere IT-sikkerhet.
Akkurat nå blir din søkehistorie, e-mail og bankdata
holdt sikker av et krypteringssystem hvor du gir enhver en offentlig nøkkel
til å kode beskjeder som kun du kan avkode.
Problemet er at denne offentlige nøkkelen faktisk kan bli brukt til å utregne din
din hemmelige private nøkkel.
Heldigvis vil det å gjøre den nødvendige matematikken
på hvilken som helst normal datamaskin ta mange år av testing.
Men en kvantemaskin med eksponentiell hastighetsførhøyelse
kan gjøre det som om det var en lek.
En annen meget spennende ny bruk er simulasjoner.
Simulasjoner av kvanteverdenen krever mye ressurser
og selv for større strukturer som molekyler mangler de ofte nøyaktigheten.
Så hvorfor ikke simulere kvantefysikk med faktisk kvantefysikk?
Kvantesimulasjoner kan bidra med nye syn på proteiner
som kan revolusjonere medisinindustrien
Akkurat nå vet man ikke om kvantemaskiner bare vil være et meget spesialisert verktøy
eller en kjemperevolusjon for menneskeheten.
Vi har ingen ideer om hvor grensene er, og det er kun én måte å finne ut av det!
Denne videoen ble støttet av Australsk Akademi for Vitenskap
som fremmer og støtter ekspertise i vitenskapen.
Lær mer om dette emnet og andre lignende på http://nova.org.au/.
Det var en fornøyelse å arbeide med dem, så se litt på deres nettside!
Våre videoer er også blitt produsert ved hjelp av deres støtte på Patreon.com
Hvis du vil støtte oss og bli en del av Kurzgesagts fuglehær,
så se litt på vår Patreon-side!
Denne videoen ble oversatt av Jan Tang (og Roy Bjørnstøl)