Cookies op Tweakers

Tweakers is onderdeel van DPG Media en maakt gebruik van cookies, JavaScript en vergelijkbare technologie om je onder andere een optimale gebruikerservaring te bieden. Ook kan Tweakers hierdoor het gedrag van bezoekers vastleggen en analyseren. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Cookies accepteren' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt? Bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door Aad Offerman

Freelancer

Kwantumcomputers komen eraan

Op de kleinste deeltjes kun je rekenen

Bits, qubits en superposities

Bits

Een qubit, kort voor quantum bit, is als bouwsteen van de kwantumcomputer vergelijkbaar met de gewone bit, die de basis vormt van al onze huidige computertechnologie. Naast de vele parallellen zijn er echter ook cruciale verschillen.

Gewone bits of binary digits kunnen alleen de waarde 0 of 1 hebben. Hoe een bit vervolgens in een computer wordt geïmplementeerd, is in principe onafhankelijk van de logische waarde ervan. Zo wordt digitale informatie in computerchips overgedragen en bewerkt door middel van signalen van verschillende spanningsniveaus, bijvoorbeeld 0 en 1,2 volt.

Ook in traditionele geheugens en op verbindingskabels wordt met verschillende spanningen gewerkt. Ouderwetse harde schijven daarentegen maken gebruik van magnetische polarisatie om dezelfde digitale informatie op te slaan. Zo zou je net zo goed een computer kunnen bouwen die met waterdruk en kleppen, met mechanische onderdelen of met knikkers, rolbanen en poortjes werkt. De logische principes van de eerste digitale computers waren ook niet anders dan die van de huidige machines, alleen werden in plaats van transistoren eerst relais (elektromagnetische schakelaars) en later vacuümbuizen, de voorlopers van de transistor, gebruikt.

In de praktijk hebben ontwerpers voor de opslag, overdracht en bewerking van digitale informatie voor elk onderdeel een implementatie gekozen die aansluit bij de toepassing, de benodigde snelheid en capaciteit, en het beschikbare budget. Al die afwegingen zien we bijvoorbeeld terug in de geheugenhiërarchie van een systeem.

Qubits

Qubits zijn fundamenteel anders dan gewone bits. Ze zijn ontwikkeld volgens de kwantummechanica, waar rekeneenheden niet alleen de waarde 0 of 1 kunnen aannemen, maar ook een beetje de ene waarde en tegelijk een beetje de andere waarde. Een qubit kan bijvoorbeeld voor de ene helft de waarde 0 hebben en voor de andere helft de waarde 1, of voor twee derde de waarde 0 en voor één derde de waarde 1.

De waarde van een qubit kan tegelijk een beetje 0 en een beetje 1 zijn

Voor wie bekend is met statistische kansverdelingen, is een qubit te vergelijken met een stochast. Ook daarvan is de waarde zelf niet exact bekend; je weet alleen iets over de kansverdeling ervan. Een cruciaal verschil tussen een stochast en een qubit is dat die eerste een probabilistisch of statistisch concept is en die laatste een kwantummechanisch concept. Dat betekent dat de waarde van een stochast weliswaar niet precies bekend is, maar dat wel voor elke mogelijke waarde vaststaat hoe groot de kans daarop is. Terwijl de waarde van een qubit tegelijk een beetje 0 kan zijn en een beetje 1. Bij kwantumcomputers spreekt men dan ook niet van kansverdelingen maar van superposities.

Superposities

De kracht van die superposities wordt duidelijker als we verschillende qubits bundelen tot een reeks, op vergelijkbare wijze als waarop in de traditionele deterministische wereld bits worden samengepakt tot bytes. Kijken we bijvoorbeeld naar een rijtje van drie gewone bits, dan kan dat een van acht verschillende waarden aannemen: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Drie gebundelde qubits hebben tegelijkertijd een beetje van elk van deze acht waarden. Hoewel de echte kwantumcomputeraars dit slordig zouden vinden, noteren we de fracties voor de acht verschillende waarden bijvoorbeeld als volgt: 1/4, 0, 0, 1/4, 0, 1/2, 0, 0. Dat betekent dat de drie qubits voor een kwart de waarde 000 hebben, voor een kwart de waarde 011 en voor de helft de waarde 101.

Zoals in de uitweiding over golffuncties op de volgende pagina wordt uitgelegd, zijn stochasten en qubits wiskundig gezien niet gelijkwaardig. In een superpositie kunnen de fracties namelijk ook negatief zijn. Juist die operaties maken berekeningen mogelijk die, zeer waarschijnlijk, niet met een klassieke machine uitgevoerd kunnen worden.

Wat vind je van dit artikel?

Geef je mening in het Geachte Redactie-forum.

Nintendo Switch (OLED model) Apple iPhone 13 LG G1 Google Pixel 6 Call of Duty: Vanguard Samsung Galaxy S21 5G Apple iPad Pro (2021) 11" Wi-Fi, 8GB ram Nintendo Switch Lite

Tweakers vormt samen met Hardware Info, AutoTrack, Gaspedaal.nl, Nationale Vacaturebank, Intermediair en Independer DPG Online Services B.V.
Alle rechten voorbehouden © 1998 - 2021 Hosting door True