-
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)