Optische not-gate voor quantumcomputerchip ontwikkeld

Wetenschappers van de Amerikaanse Bristol University hebben fotonen weten te reguleren via een kleine optische not-gate op een chip. De demonstratie betekent weer een stap voorwaarts bij de ontwikkeling van een quantumcomputer.

Volgens onderzoeksleider Jeremy O'Brien gaat het om 's werelds kleinste optische not-poort. De schakeling is opgebouwd uit optische waveguides van siliciumdioxide op een chip. Waveguides kanaliseren de elektromagnetische golven in het optische spectrum, ongeveer zoals een glasvezelkabel dat doet.

Het koppelen van twee fotonen door middel van een not-gate werd in 2003 al door O'Brien, toen in samenwerking met een onderzoeksteam van de universiteit van Queensland, gedemonstreerd. Deze en latere demonstraties vergden echter opstellingen van minstens een vierkante meter in omvang. De chip die O'Brien en het team van de Bristol-universiteit nu hebben gebouwd, meet slechts enkele vierkante millimeters. De wetenschappers hebben niet alleen kunnen demonstreren dat de not-poort functioneert, maar konden ook waarnemen dat er verstrengeling van fotonen in superpositie op de chip plaatsvindt.

Superpositie betekent dat de fotonen zich in twee staten tegelijk bevinden, wat de essentie van een qubit is. De verstrengeling verbindt de toestand van het ene foton met die van de andere. Met een aantal qubits kan een quantumregister gevormd worden en dit vormt weer een van de basisonderdelen van een werkende quantumcomputer. Fotonen worden als ideale kandidaten gezien voor quantumtechnologie omdat ze relatief ongevoelig zijn voor ruis, zich snel voortbewegen en betrekkelijk eenvoudig te manipuleren zijn.

Reacties (30)

[Lordsauron]

Wat ik niet helemaal snap is dat er ontwikkelingen zijn die de kwantum computer dichterbij brengen.
maar ik kan me nog een paar nieuw berichten herinneren waarin gesteld werd dat deze computer er al was.. ben allen ff de naam kwijt.
mis ik iets of is dat bedrijf toch onzin aan het uit kramen(die de kwantum computer al heeft??)

[slow whoop]

Er zijn ook al wat quantum computation experimenten gedaan waarbij het getal 15 gefactoriseerd werd. (Kwam inderdaad 3 en 5 uit.)

Maar die zijn heel moeilijk op te schalen naar complexere berekeningen (meer qubits) en van een hele andere categorie dan deze quantum computer.

[miw]

Factorisatie wordt telkens genoemd als het paradepaardje van de quatumcomputer. Om practische cryptografie te breken heb je zoveel qubits nodig dat tegen de tijd dat zoiets min of meer realiseerbaar is, de gewone processors dat in vergelijkbare tijd kunnen doen. Ergo, QC is zwaar overgewaardeerd.

[Laurens-R]

Er zijn in het verleden wel claims geweest, maar het ging hier meestal (achteraf) om hybride computers, of om computers die "geinspireerd waren op"

edit: of het was gewoon b*llsh*t

[Reactie gewijzigd door Laurens-R op 30 juli 2024 11:51]

[Verwijderd]

Ik snap niet waarom mensen het telkens hebben over onkraakbare communicatie. We kunnen nu toch ook alles al versleutelen, al is het in theorie dan nog kraakbaar.

[Verwijderd]

Klopt, in de praktijk kan je nu ook al onkraakbaar (= redelijkerwijs niet binnen 10 jaar te kraken) versleutelen. Meestgebruikt is een combinatie van RSA en AES, en de sleutel kan je eenvoudig zo lang maken dat het in de praktijk onkraakbaar is.

2 "problemen" hierbij:

1) Theoretisch, als je brute force gebruikt, kan het na de eerste gok al raak zijn. Vraag is vervolgens of je de "goede" decryptie herkent, maar er zijn veel situaties (wat betreft versleutelde data) waarbij dit makkelijk kan.

2) Encryptie in hardware. Hardware die snel kan en/decrypten kost meer indien sleutels langer worden. Kijk bijvoorbeeld naar de recente discussie over (i) OV chipkaart of (ii) toegangspasjes voor bedrijven. In het eerste geval gaat het vooral om de kosten (en ook deels dat men liever een bestaand systeem gebruikt), want het is heus wel mogelijk om betere encryptie op zo'n chipkaart te maken. In het 2e geval (bedrijfspasjes) gaat het er natuurlijk vooral om dat je niet bij alle bedrijven om de paar jaar nieuwe toegangs-systemen wil plaatsen, terwijl de techniek (ook om te kraken) voortschrijdt.

Het eerste probleem heb je niet met QC. Het 2e in principe ook niet, alleen is QC sowieso relatief duur, dus in de praktijk los je het 2e probleem niet op met QC.

[Alfie104]

Als ik de (overigens zeer duidelijke, bedankt!) uitleg van .oisyn lees lijkt mij juist dat met quantumcomputers elke encryptie in recordtijd gekraakt kan worden! Je hoeft niet meer te bruteforcen, je hebt de uitkomst al als je begint. Je moet alleen een efficiente methode vinden om de valse resultaten te verwijderen. Maar omdat je vaak weet waar je naartoe moet moet dat veel sneller kunnen dan het bruteforcen van alle mogelijkheden.

[MneoreJ]

Het blijft een lastig en niet-intuïtief onderwerp en ik heb er niet voor geleerd, maar volgens mij is dat toch iets te kort door de bocht.

Ten eerste geloof ik niet dat QC zo werkt. Quantumcomputers werken met waarschijnlijkheid (een qubit is niet 1 of 0, maar heeft een bepaalde kans om 1 of 0 te zijn). Dat is aanzienlijk vrijer dan bits, maar niet hetzelfde als letterlijk alle oplossingen ineens berekenen. Zeg liever dat het een hele hoop oplossingen berekent waarbij (met een goed algoritme) de juiste oplossing uiteindelijk de hoogste waarschijnlijkheid heeft.

Ten tweede stelt ook QC je niet in staat elke encryptie te kraken. De one-time-pad is hiermee bijvoorbeeld nog steeds onkraakbaar, omdat de sleutel daarbij even lang is als de invoer. Zonder de sleutel komt het berekenen van alle oplossingen neer op het genereren van alle mogelijke plaintexts van dezelfde lengte, en daar de "goede" uitkiezen is uiteraard onmogelijk - als ik HALLOWERELD op die manier versleutel is DAGALLEMAAL net zo goed een mogelijkheid.

Encryptie met beperkte sleutelllengte (d.w.z. alle praktische encryptie) kan misschien wel versneld worden, maar hierbij komt kijken dat quantumcomputing ook gebruikt kan worden om encryptie te verbeteren!

[TheMazzter]

Een qubit (een foton iig) is echt in superpositie van beide staten! En heeft niet alleen maar een kans om 0 of 1 te zijn, die kansen op 0 of 1 heb je als je het ding gaat meten, door de meting dwing je het ding een bepaalde waarde aan tenemen. Het is dus zoals je zegt echt heel niet-inituïtief. Als je pc bijvoorbeeld een foton was dan zou die aan én uit tegelijk kunnen staan.

[MneoreJ]

Ik heb het even nagelezen en wat je zegt klopt inderdaad. Al zal ik niet beweren dat het me nu ineens duidelijk is. Niettemin, het is niet "70% kans op 0, 30% kans op 1" -- beide toestanden hebben hun eigen mogelijkheden en het hele systeem is de superpositie van al die toestanden. Qubit, Quantum superposition.

Toch maar eens een keer een goed boek over lezen...

[boe2]

Bewijst nog maar eens hoe weinig ik er eigenlijk van snap

NOT superpositie van 1 en 0 = .....(ook superpositie van 1 en 0 neem ik aan)

[bbr]

Als ik het goed zie dan is dit de 01 en 00 waarde.
De 11 en 10 zijn van de andere gate die nog niet werkend is.

QuBits zijn in essentie bits die twee states, en dus 4 waarden kunnen hebben. Twee bits dus, ipv een enkel bit zoals het geval is met de technologie die word gebruikt in huidige PCs.

Heel interessant om de quantum technologie zo te zien vorderen, hopelijk komt er spoedig meer nieuws over dit onderwerp want het is nu nogsteeds meer voorbereiding dan werkelijk functionele implementatie.

[Reactie gewijzigd door bbr op 30 juli 2024 11:51]

[.oisyn]

Dat zie je niet goed. Qubits zijn binair, net als bits. Het verschil tussen de twee is dat een qubit beide staten tegelijk aan kan nemen, en pas een enkele staat "kiest" als je de golffunctie oplost (oftewel als je gaat meten wat z'n spin is). Het is dus niet zo dat we meten dat het "allebei" is en dat de qubit daardoor in feite maar 3 waarden kan aannemen (0, 1 en 0+1).

Wat het kort door de bocht wél betekent, is dat we een berekening op een stel qubits los kunnen laten, en op die manier snel de uitkomst kunnen bepalen voor alle mogelijke invoer, en dus zelfs bij een bepaalde uitkomst de juiste invoer kunnen vinden. Factorisatie van getallen is hierbij een goed voorbeeld wat juist uitstekend met quantum computers is op te lossen: de factoren van het getal 35 zijn 5 en 7. Maar als je 35 als getal hebt dan is het vrij lastig om te bepalen wat z'n factoren zijn, anders dan simpelweg alle combinaties van priemgetallen proberen.

Ik weet niet of je de film Next kent (met Nicholas Cage), maar dat vind ik wel een goede analogie. Stel je loopt door een doolhof en je weet niet de weg naar de uitgang. Bij elke splitsing die je tegenkomt splits je jezelf op en ga je beide kanten op. In feite ben je nu in de superpositie van beide kanten die je op kunt gaan - niet alleen links of alleen rechts, maar allebei. Dit doe je net zolang totdat een van de 'instanties' van jezelf bij de uitgang is aangekomen. Op dat moment kies je het pad wat die instantie gelopen heeft als de juiste (je lost de golffunctie op, zoals dat in de quantum mechanica heet). Je kunt je wel voorstellen dat dit veel sneller is dan steeds maar 1 weg kiezen, en als dat op niets uitloopt de andere weg dan maar inslaan.

Wat deze not-poort doet is hetzelfde als een binaire not-poort, namelijk van een 0 een 1 maken, en van een 1 een 0 maken. Als een qubit allebei is, dan is ie daarna nog steeds allebei, maar wel andersom. Oftewel, als je 'm uiteindelijk meet als 1, dan was ie voorheen 0, en vice versa.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 30 juli 2024 11:51]

[Mitsuko]

Even een vraagje over het laatste. Betekent dit voor een Qubit dat als ie eerst met 70% zekerheid een 0 was, dat hij hierna voor 70% zekerheid een 1 is? Of zijn waarschijnlijkheden hier überhaubt niet meer op toepasbaar?

[Mastermind]

Hoe kun je een superpositie waarnemen? Als je waarneemt collapst de superpositie toch tot een state, en is het geen superpositie meer.

[Olaf]

Door heel voorzichtig te meten schijnt het te kunnen...

[b0On]

Volgens mij is het niet door het "voorzichtig meten"
Ze meten gewoon en dan vervalt de superpositie inderdaad. Maar dan weet je dus wel dat hij er was. Als je dus 100 metingen doet waarbij de superpositie er alle 100 keer was kun je dus met enige zeker zeggen dat hij er altijd zal zijn met dezelfde voorwaarden.

Waar ik me persoonlijk erg op verheug bij de quantumcomputer is de onkraakbare encryptie!

[.oisyn]

Waar ik me persoonlijk erg op verheug bij de quantumcomputer is de onkraakbare encryptie!

Wat dus in theorie niet meer opgaat omdat geloof ik onlangs was aangetoond dat je een quantumstaat weldegelijk kan kopiëren en meten zonder het origineel aan te passen. En dat dat niet kon was juist de hele basis van quantumencryptie . Maar er zaten nogal wat haken en ogen aan waardoor het in de praktijk niet erg makkelijk is om dat te gebruiken bij het afluisteren van een quantumbericht.

.edit: ah hier staat het: nieuws: Wetenschappers teleporteren quantumtoestand van foton naar atoom en terug. Het idee is dus dat ze een quantum-staat op kunnen slaan, uit kunnen lezen, en vervolgens weer kunnen reproduceren. Maar ze konden de staat maar 8 seconde vast houden.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 30 juli 2024 11:51]

[graey]

Als het begin er nu al is zal er vast wel weer een manier komen die dat nog verbeterd, zoals met alles.

[slow whoop]

Nee, een superpositie kun je niet meten. Maar door te meten kun je wel bepalen of je quantum systeem zich in een superpositie bevond.

[Verwijderd]

Leuke ontwikkeling alleen begrijp ik die vervanging van de cpu hype niet helemaal.

Zover ik kan begrijpen zou een qc berekeningen veel sneller kunnen oplossen, wat in een cpu zover ik weet wordt overgelaten aan de fpu.

Een cpu is daarintegen er voor veel meer activiteiten, zoals o.a het aansturen van randaparatuur. Ik zie niet in hoe een qc daar meer voordeel zou kunnen behalen.

[n00bs]

Nou snap ik er niet zoveel van, maar volgens mij is een Quantum Computer niet enkel sneller, maar kan het ook oplossingen bieden voor veel zaken wat een normale binaire computer nooit een oplossing voor zou kunnen geven.

Ik zie zelf Quantum Computing als de revolutie van de komende eeuw. Mogelijkheid om elk vraagstuk op te lossen: tijd, gravitatie, ziektes, dna

[MneoreJ]

Nou snap ik er niet zoveel van, maar volgens mij is een Quantum Computer niet enkel sneller, maar kan het ook oplossingen bieden voor veel zaken wat een normale binaire computer nooit een oplossing voor zou kunnen geven.

Dat is in ieder geval niet waar, omdat een klassieke computer een QC kan emuleren. Die emulatie zou in veel gevallen onwerkbaar langzaam kunnen zijn, maar QC kan geen onoplosbare problemen oplossen. Hooguit in de zin van problemen die in de praktijk onoplosbaar zouden zijn omdat de beste algoritmes voor klassieke computers er te traag voor zijn, maar daar lopen de theoretici niet warm voor.

Ik zie zelf Quantum Computing als de revolutie van de komende eeuw. Mogelijkheid om elk vraagstuk op te lossen: tijd, gravitatie, ziektes, dna

Het is een andere manier van rekenen, geen magie. De moeilijkheid gaat hem nog altijd zitten in het programmeren van die krengen. Dat ze sommige problemen heel snel op zullen kunnen lossen is natuurlijk mooi, maar daarmee gaan ze nog niet automatisch een gouden eeuw inluiden.

[pennenlikker]

Een makkelijke uitleg over de qubitjes
Het is wel erg knap wat ze hierboven voor elkaar hebben weten te krijgen..

http://www.kennislink.nl/web/show?id=140460

[Reactie gewijzigd door pennenlikker op 30 juli 2024 11:51]

[Panic1]

Zouden de toekomstige programmeurs van die quantumcomputers allemaal quantumfysici moeten zijn? want eerlijk: ik snap er niet veel van, en ik denk niet dat ik de enige ben :-)

de lessen informatica hebben nog een toekomst vol onzekerheid (Heisenberg) te goed :-)

*edit: typo

[Reactie gewijzigd door Panic1 op 30 juli 2024 11:51]

[Verwijderd]

weer een stap voorwaarts bij de ontwikkeling van een quantumcomputer.

Hoeveel stappen of hindernissen moeten er nog genomen worden? Het is duidelijk dat er veel gebeurd op dit gebied, maar hoeveel langer moeten we nog wachten totdat er werkelijk een quantumcomputer is?

[svenk91]

heeeeeeeel lang denk ik. misschien rond de tijd dat we kernfusie in de praktijkgebruiken voor energiewinning. nog tientallen jaren dus.

[pennenlikker]

Nog heel erg veel, het was voor ze met de quantum computers begonnen al zo goed als onmogelijk geacht.
Die prognose is al een tijdje geleden positief bij gesteld, het zou nu 'nog' maar ongeveer 50 jaar duren voordat een quantum computer de huidige computer zou kunnen vervangen.

Ongeveer te vergelijken met kernfusie, als er tussentijds niet iets geniaals word verzonnen zal het echt nog decennia gaan duren voordat er iets word ontwikkeld waarmee we onze oude computers bij het grof vuil kunnen zetten.