Qubits in actie; nieuwe stap naar kwantumcomputer

Onderzoekers van de TU Delft hebben een nieuwe stap gezet naar de kwantumcomputer. De Delftenaren zijn er in geslaagd om bewerkingen uit te voeren met twee qubits.

De onderzoekers maakten gebruik van supergeleidende ringetjes waarmee voor het eerst een zogenaamde controlled-not-bewerking met twee qubits werd gerealiseerd. Met behulp van de controlled-not-bewerking kan in theorie elke kwantumberekening worden uitgevoerd. Kwantumcomputers verschillen van conventionele computers door het gebruik van qubits die tegelijkertijd de waarde 0 en 1 kunnen aannemen. Door deze eigenschap stijgt de rekencapaciteit van een kwantumcomputer exponentieel met het aantal qubits. Hierdoor kunnen taken uitgevoerd worden die onmogelijk zijn voor normale computers. De onderzoekers zullen in een Nature-publicatie in meer detail op de resultaten ingaan.

Reacties (40)

Voor de mensen met toegang tot de artikelen bij nature, de link is.

http://www.nature.com/nat...7146/abs/nature05896.html

Zometeen eens het artikel doornemen, maar verwacht er niet al te veel van te begrijpen zo in het eerste opzicht

[Reactie gewijzigd door Z!oN op 15 juni 2007 09:44]

Ik zie niet hoe het lastiger is om met 2 qubits te werken dan met 1? Het is gewoon 2 keer dezelfde machine achter elkaar...

Een qubit is geen machine, maar een fysiek deeltje. En omdat we het hier over QM hebben een heel klein deeltje. En werken aan & met kleine deeltjes is vrij lastig, om het maar even simpel te zeggen.

Zie http://en.wikipedia.org/wiki/Qubit (specifiek het deel: Physical Representation)

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 33810 op 14 juni 2007 20:00]

Nee, de controlled-not bewerking houdt in dat de eerste qubit de staat van de ander kan veranderen als deze van waarde verandert. Dat is nogal een verschil dan een qubit van een waarde voorzien.

Zowieso kan je met 1 qubit weinig rekenen: dat kan ook met normale bits niet? Je moet er toch minimaal twee hebben wil je bijv, and, or, xor oid doen.

Het spectaculaire van een qubit en van quantummechanica in het algemeen is dat een qubit niet maar 2 waardes heeft maar oneindig veel waardes. Het is onmogelijk om deze oneindig veel waardes te zien maar een qubit kan hier wel mee rekenen zodat het met gigantisch grote getallen kan rekenen en tevens gigantisch veel berekeningen tegelijkertijd uit te voeren.

Het enige nadeel van qubits is dat het onmogelijk is om ze te zien als iets met meer als 2 waarden. Als gekeken wordt naar de waarde van een qubit dan 'dwingen' we het terug tot 1 bit. Met een qubit kan dus wel gerekend worden met oneindig veel waardes, het enige nadeel is dat de uitkomst alleen ja of nee kan zijn, tussen antwoorden hebben echter geen beperkingen. Wanneer er meerdere qubits zijn dan zou men ook antwoorden in meer bits weer kunnen geven.

Het klinkt een beetje alsof je ze kunt laten berekenen wat het de betekenis is van het leven, het universum en alles is, maar als je het dan vraagt ze alleen 42 antwoorden

bijna, een normale bit heeft 1 toestand (dat is dus toestand 0 of toestand 1), terwijl een qubit alle toestanden tegelijk is/heeft. Als een gewone bit twee waarden heeft en een qubit oneindig veel, dan spreek je over een analoge computer; dat is nog geen quentum computer.

Een qubit heeft drie toestanden namelijk 1, 0 en 1 en 0 tegelijk. Dus niet oneindig veel

Dit klopt niet, een qubit heeft wél oneindig veel toestanden. Er zijn oneindig veel superposities van 1 en 0, dus hij kan 'ertussen' zitten waar je maar wilt. Als je de qubit meet, zal je altijd 1 of 0 meten, de kans afhankelijk van de precieze staat, maar er kan wel gerekend worden met de superpositie, die dus naast 'half 1, half 0' ook 'drie kwart 1, een kwart 0' zou kunnen zijn, en wat je maar zou kunnen bedenken. Oneindig veel mogelijkheden.

[Reactie gewijzigd door Xanthus op 16 juni 2007 01:03]

Van mij mag tweakers wel iets technischere termen gebruiken..

Hierdoor kunnen taken uitgevoerd worden die onmogelijk zijn voor normale computers.

Vaag gebruik van termen: taken.. uitgevoerd..
Wat wordt hiermee bedoeld? Kunnen NP complexe problemen nu sneller worden uitgevoerd?

WTF is een kwantumberekening ?

Ik bedoel in de computer wordt een berekening gezien als een berekening op bits..

Werkt een kwantum computer ook met gewone bits (alleen anders gerepresenteerd)?
Zoniet dan snap ik het nut niet.. Want de kleinste eenheid waarme je informatie kunt weergevne is de bit.. en dus uitermate belangrijk voor computers.

Samengevat: ik vind de artikel te simplistich. er wordt veel beweerd.. maar niet echt eenvoudig te snappen.
Ik bedoel: ik studeer informatica en toch vat ik het idee van een quantum computer niet (geen vakken over gehad overigens).
Is een quantum computer bijvoorbeeld turing complete?

easy there...

Dit is gewoon nieuws, als je echt wilt weten hoe die dingen in elkaar zitten, zoek een encyclopedie of een paper erover. Daarin wordt alles mooi uitgelegd. Je kan ook altijd aan je leraar op unief (neem ik aan) vragen hoe zo een ding ongeveer werkt.

Volgens mij is een quantumcomputer een computer met qubits i.p.v. bits, wat inhoudt dat 1 bit niet of 0 of 1 is, maar er ook tussenin kan zitten. (Correct me if I'm wrong)

Verder weet ik er vrij weinig van af...

Quantum computers is ook niet echt iets voor informatici Laat het eerst nou maar even over aan de natuurkundigen en de chemici.

Ik zie het al voor me, als we in de toekomst onze quantum computers gaan tweaken moeten we allemaal eerst afgestudeerde quantum mechanica zijn

In nieuws: Werkende quantumcomputer gedemonstreerd wordt wat dieper ingegaan op de werking van een quantum (met een k is stom ) computer. Dat zal nog niet Nature-niveau zijn maar het biedt wel een aantal inzichten. Dat dat niet elk artikel wordt herhaald zul je wel snappen denk ik. Het artikel is via de gerelateerde artikelen aan de rechterkant terug te vinden.

Om het maar simplistisch uit te drukken:

Kwantum computer:
Computer met kwantum bits (qubits) ipv gewone bits. Een bit (binary digit) heeft 2 verschillende waarden, 0 of 1. Een qubit kan 0, 1 of in superpositie zijn. Superpositie betekend dat de waarde van de bit onbekend is, totdat deze wordt uitgelezen.

Wat is dan het voordeel van een quantum computer?
Pak een computer met een bepaalde functie over een 8 bit getal. Om de hele mapping van alle waarden te bepalen zijn 2^8 berekingen nodig.

Neem nu een kwantum computer, breng alle 8 de bits in superpositie, en voer deze aan "dezelfde" functie. Deze functie berekend nu in een keer alle 2^8 mogelijkheden. Dit wordt een kwantum bereking genoemd.

Kunnen NP complexe problemen nu sneller worden uitgevoerd?
Er wordt met een quantum computer (mogelijk) een exponentiele groei in snelheid behaald, wat betekend dat bepaalde NP complexe problemen wel in lineaire tijd opgelost kunnen worden.

Of een quantum computer turing complete is: Ja. Net als een gewone computer. Anders zouden we er niets aan hebben.

Quote over Turing Completeness:
Being equivalent to the universal Turing machine essentially means being able to perform any computational task – though it does not mean being able to perform such tasks efficiently, quickly, or easily.

Je had dit soort info eenvoudig kunnen vinden via Google, en als je echt geinteresseerd bent in meer technische termen over kwantum berekingen en dergelijke, lees dan: http://home.planet.nl/~s.t/files/QuantumComputing2n.pdf

edit: ook al typos

[Reactie gewijzigd door Aspje op 15 juni 2007 12:15]

wacht effe..... heb ik soms een deja vu gehad? er was ook een soortgelijk bericht op tweakers.net geweest?... hopelijk niet, als het bericht ook van hetzelfde universeit komt, ik weet nog dat het test van vorige keer niet zo goed verliep.

Een paar maanden geleden stond er een artikel over een werkende quantum computer die gebruik maakte van 16 qubits.

nieuws: Werkende quantumcomputer gedemonstreerd

Ik ga er van uit dat het hun dus al eerder gelukt is om met 2 qubits een controlled-not bewerking te realiseren.

D:Wave is van plan al vanaf 2008 commercieel quantum-processor rekenkracht te verhuren dus ik begin eigenlijk een beetje te twijfelen aan de significantie van de doorbraak van TU-Delft.

[Reactie gewijzigd door paazei op 14 juni 2007 20:24]

Dat ging om een ander soort quantumcomputer die alleen voor sommige applicaties geschikt is (zoals NP-complete problemen). Deze werkt met grote hoeveelheden deeltjes in een bijzondere fase (Bose-Einstein Condensate), waardoor hun 'qubits' dus uit een heleboel deeltjes bestaan en dus ook makkelijker te manipuleren zijn. Dit type quantumcomputer is echter niet geschikt voor het simuleren van een quantum-mechanisch systeem en het is niet eens zeker of hij wel echt werkt voor de niche-applicaties waar hij wel geschikt voor is. Nog steeds een doorbraak als hij idd werkt en ik wens ze veel succes, maar het principe is makkelijker te beheersen dan waar we het hierover hebben.

Dus de term 'qubit' is een relatieve term ?

Hoe de qubit tot stand komt maakt toch geen verschil anders zou het toch ook geen qubit meer zijn ? Of hebben we het hier (NL en D-Wave) over een verschil in toepassing en/of toegang van de qubit ?

Ik bedoel dat de ene quantumcomputer nog geen berekening zus of zo doet heeft toch meer te maken met dat we nog weinig weten van quantumcomputers en het werken met qubits dan met de fysieke beperkingen van de interface.

[Reactie gewijzigd door fevenhuis op 14 juni 2007 21:16]

Er zijn meerdere mogelijke fysieke realisaties van een qubit mogelijk. Bijvoorbeeld supergeleidende ringetjes (zoals deze groep in Delft), de 'spin' van een elektron (wordt ook gedaan door een andere groep in Delft) en nog een stel. Om bruikbaar te zijn als qubit moet je ervoor kunnen zorgen dat het systeem vrij weinig interactie heeft met de buitenwereld (dat je de quantummechanische effecten dus goed ziet), je moet het systeem kunnen uitlezen, en je moet er bepaalde bewerkingen op kunnen doen (operaties/rotaties op een enkele qubit, en de zojuist gerealiseerde CNOT gate zijn samen al universeel) . Per voorstel van type qubit zijn sommige van die dingen makkelijk, en andere moeilijk. Er is nog geen enkele waarbij er nu al meer dan een paar qubits te gebruiken zijn (de dubieuze claims van D-Wave daargelaten). Daarom zijn er meerdere groepen en wordt er aan meerdere voorstellen tegelijk gewerkt. We weten nog niet welke de winnaar uiteindelijk zal zijn

[Reactie gewijzigd door Xanthus op 15 juni 2007 01:46]

Die van D-Wave is ook helemaal geen kwantumcomputer zoals ik en waarschijnlijk jij hem willen. Enkel aangrenzende qubits zijn verbonden met elkaar waardoor ze momenteel enkel het Ising model wordt uitgewerkt.
Orion moet ook de gegevens van een huidige pc krijgen voor hij aan de slag gaat. Hij voert dezelfde berekening meermaals uit en het resultaat dat het meest voorkomt moet je voor waar nemen. Soms is 1+1 eens 1 of 3 maar meestal zal er 2 uitkomen bij wijze van spreken. Komt trouwens enkel door ruis, Orion lijkt meer op een DIYproject dan een commercieel product. En dat het ding slechts enkele nW gebruikt is leuk maar om het te koelen gebruiken ze vloeibaar helium en bijhorende installatie verbruikt 20kW.

Er is nog een zeer lange weg te gaan in ieder geval.

Dat zou best kunnen, maar aangezien ze hebben besloten het in geheimzinnigheid te hullen en niets in een wetenschappelijk tijdschrift te publiceren, kan de TU Delft het dus als hun ontdekking publiceren. Als twee onderzoeken parallel lopen dan krijgt de eerste die publiceert de eer.

Niet perse, als de eerdere ontdekker kan aantonen dat hij het eerder deed zonder gebruik te maken van resultaten van de anders wordt hij (door de gemeenschap althans) wel als de ontdekker gewaardeerd.

Ik dat het nieuws gaat om dat het om een stap richting een nederlandse (europese) quantum computer gaat, i.p.v. een amerikaanse in het geval van de D-Wave quantum computer.

Net als mijn stopcontact dus. Die heeft ook twee waarden.
Als je je vinger in het ene gaatje stopt gebeurt er niks, maar als je hem in de andere stopt krijg je een hens.

Leuke vergelijking... alleen hebben we in NL (en bijna alle overige landen) wisselstroom, deze wisselt 60x per seconde van fase, ergo... je krijgt dus altijd een opdonder... anders zou het namelijk wel relevant zijn hoe je je stekker in het stopcontact moet steken, maar dit is gelukkig monkey-proof

Haha... dat gaat alleen op als er contact wordt gemaakt tussen de fase en de aarde.
Ergo, je kunt het blauwe draadje gewoon aanraken.

Welkom in de wondere wereld van electriciteit.

[uitlegmode]
De fase verandert niet bij wisselstroom, de polariteit wel: van + naar - in een sinusvorm en dat alles op 1 draadje bij 220V. Dit gebeurt in Europa 50x per seconde (50Hz), in de VS is het 60Hz, maar bij 110V.

De blauwe draad is de nul.
[/uitleg mode]

Quantum physics is toch meer het gare wat er allemaal in een atoom zit , en niemand heeft nog ooit een atoom gezien??

Atomen zijn wel zichtbaar te maken met speciale apparatuur.

Kleinere deeltjes zijn niet te zien. Sommige deeltjes zijn kleiner dan de golflengte van het licht, waardoor je ze nooit zou kunnen waarnemen. Doorgaans wordt een bepaald fenomeen verklaart met een theorie, waaruit blijkt dat er een deeltje moet bestaan met bepaalde eigenschappen. Net als een puzzelstukje wat je niet kan vinden, maar je kunt al wel "voorspellen" hoe het eruit moet zien omdat je de rest van het model kent.

Niet alleen atomen zijn al bewezen, maar veel kleinere deeltjes ook. In een deeltjesversneller kun je de theorie testen. Atomen worden daar versneld (krijgen dus veel energie), en worden op een oppervlak geschoten. Daar spat het atoom dan uit elkaar in losse onderdelen. De onzichtbare deeltjes laten door hun grote energie toch sporen na op het filmoppervlak, waarmee je kunt bewijzen dat deze deeltjes ook blijken te bestaan. Hiermee zijn allerlei subatomaire deeltjes gevonden, en worden theorieën over quantum effecten getest.

En Quantum mechanica... dat gaat over de effecten die op kleine subatomaire schaal waar te nemen zijn. Hoe vreemd het ook klinkt, op zeer kleine en zeer grote schaal (bijvoorbeeld de baan van de Aarde) blijken de standaard formules van Newton niet te kloppen. Er spelen nog meer effecten mee die in normale situaties verwaarloosbaar zijn. Quantum mechanica gaat over die effecten, en beschrijft het universum op compleet andere manier. (bijvoorbeeld: ontstaat zwaartekracht door materie, of door een kromming van de ruimte die het veroorzaakt?)

En zo'n Quantum computer is ontworpen om quantum effecten die we uit de quantum mechanica ontdekken tot ons voordeel te gebruiken.

[Reactie gewijzigd door YaPP op 15 juni 2007 10:04]

Whua, jawel hoor. Je bent niet goed op de hoogte denk ik. Een atoom bestaat zelf ook weer uit deeltjes, en die deeltjes bestaan ook weer uit deeltjes. Quarks bedoelde ik jaa.

en atomen kunnen we zien, maar natuurlijk niet met het blote oog! De mijten in je bed kan je ook niet zien en die zijn miljoenen keren groter

[Reactie gewijzigd door Jazco2nd op 14 juni 2007 23:03]

Stof -> Moleculen -> Atomen -> Kerndeeltjes -> Elementaire Deeltjes (Quarks) .

Maar het klopt wel wat hij zegt, verder dan de stof komen we niet met het blote oog. Wil je dieper gaan, dan heb je een extern zintuig nodig (STM bijvoorbeeld voor de losse atomen).

En over de elementaire deeltjes weet ik het niet helemaal zeker, maar die zijn voor een deel enkel theoretisch (om vergelijkingen en bewegingen van kernreacties te verklaren) en voor een deel alleen door hun sporen 'te zien'.

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 33810 op 14 juni 2007 21:38]

Een quad is een rare motor
een Quark is niet een luchtig toetje.

Wow dat is best wel een doorbraak!

Het lijkt al een tijd een toekomstverhaal, maar het eerste sommetje is dan ook echt opgelost

Vraag me af hoe lang het gaat duren voor er een simpele controlled machine is voor eenvoudige berekeningen, bijv. een rekenmachientje waarvanuit verder onderzocht kan worden. Daar zijn de computers tenslotte ook mee begonnen

Met behulp van de controlled-not-bewerking kan in theorie elke kwantumberekening worden uitgevoerd.

Kan iemand mij die theorie uitleggen dan? Voor zover ik weet kunnen alleen XOR, NOT en EQV-berekeningen worden uitgevoerd.

De opmerking in de samenvatting is niet helemaal nauwkeurig. Omdat een qubit een superpositie is van een '1'-staat en een '0'-staat kunnen er veel meer interessante bewerkingen op een enkele qubit uitgevoerd worden dan alleen de NOT bij een klassieke computer. Bijvoorbeeld een gate op een enkele qubit die van een 0 naar half 0, half 1 gaat. Wat er bedoeld wordt met die zin in de samenvatting, is dat als je de CNOT gate hebt én elke bewerking die je wilt op enkele qubits uit kan voeren, dat je dan alles kan maken wat je wilt.

Dat heb je goed. Een CNOT alleen is nog niet interessant genoeg, maar ligt dicht bij een CCNOT (Controlled CNOT) en hogerop getrokken: een CⁿNOT. Een C²NOT heeft zelfde waarheidstabel als een NAND gate, en met een NAND gate kan wel alles gemaakt worden. De theorie waar ze over hebben is dus denk ik over de CⁿNOT gates.

edit: typo

[Reactie gewijzigd door Aspje op 15 juni 2007 12:12]

Volgens mij klopt dit niet helemaal. De C²NOT die jij nu noemt (ook wel Toffoli gate) is inderdaad genoeg voor alle klassieke berekeningen, maar is niet universeel voor quantum computatie. Daarvoor zijn single qubit bewerkingen en CNOT gates universeel (en kunnen dus ook een CⁿNOT gate en elk klassiek ding maken). Zie ook Elementary gates for quantum computation (1995), het paper is wat technisch, maar de samenvatting is relevant

De CNOT die zij gemaakt hebben is dus wél genoeg, om te doen wat je wilt hoef je niet 3 bits tegelijk te bewerken, maar kan je toe met bewerkingen op 1 en 2 qubits na elkaar. (Het zou natuurlijk wel efficient zijn als het zou kunnen, maar niet persé nodig voor een complete quantum computer.)

[Reactie gewijzigd door Xanthus op 15 juni 2007 13:55]