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

Rekenkracht, kansverdeling en kwantumberekening

Rekenkracht

Superposities maken het mogelijk om met een heleboel waarden tegelijk te rekenen. Voor één qubit zijn dat twee waarden: 2^1, 0 en 1, voor drie qubits zijn dat acht verschillende waarden: 2^3, en voor tien qubits zijn dat al 1024 verschillende waarden: 2^10. In wiskundige termen, het aantal verschillende waarden dat een superpositie tegelijk kan bevatten is exponentieel ten opzichte van het aantal qubits en dat is precies waar de extra rekenkracht van de kwantumcomputer zijn oorsprong vindt.

Het antwoord van een kwantumberekening kan echter meestal niet direct uitgelezen worden. Zodra je een superpositie bekijkt, stort deze immers ineen tot een van de concrete waarden binnen die superpositie. Op dat moment wordt de overgang van de kwantummechanische naar de statistische wereld gemaakt. Welke specifieke waarde die ineenstorting oplevert, kun je op voorhand niet weten. Wel is het zo dat voor elke bitwaarde de kans dat zij optreedt, overeenkomt met de grootte van zijn gekwadrateerde amplitude, wat we op de vorige pagina de fractie noemden.

Kansverdeling

Dat betekent dat je een kwantumberekening meer dan eens moet uitvoeren, waarna je de kwantummechanische waarde van de laatste superpositie terug kunt afleiden uit de onderlinge verhoudingen van alle verschillende concrete antwoorden die je hebt gemeten. Deze komen immers overeen met de kansverdeling van die superpositie. Een goed kwantumalgoritme leidt dus tot een superpositie waarin het antwoord is verborgen in de kansverdeling. Dat kan bijvoorbeeld betekenen dat op een bepaalde qubit in een derde van de gevallen de waarde 0 gemeten wordt en in twee derde van de gevallen de waarde 1. De kans dat je zo inderdaad het juiste antwoord vindt, is eenvoudig te vergroten door de kwantumberekening vaker uit te voeren.

Zodra je een superpositie bekijkt, stort deze ineen

Kwantumtheoretici hebben inmiddels slimme algoritmen ontwikkeld, waarbij alleen de juiste berekeningen en ondubbelzinnige antwoorden overblijven. Daarbij maken ze onder andere gebruik van interferentie. Op die manier hoeft een berekening nog maar één keer uitgevoerd te worden om direct het goede antwoord te geven.

Kwantumberekening

Bewerkingen op qubits verlopen ook heel anders dan de operaties die we kennen uit de deterministische wereld. Gewone bits worden steeds op logische wijze met elkaar vergeleken: 'Hebben twee bits allebei de waarde 1 (AND), heeft minstens een van de bits de waarde 1 (OR), hebben alle bits de waarde 0 (NOR)?' enzovoort. Die logische operaties worden uitgevoerd op elektrische signalen door transistors die in siliciumchips zijn vastgelegd en in een bepaald patroon met elkaar zijn verbonden. Zo worden logische poorten gecombineerd tot registers, rekeneenheden, state machines en alle andere digitale onderdelen die tezamen bijvoorbeeld een processor vormen.

Berekeningen door een kwantumcomputer worden altijd binnen dezelfde groep qubits uitgevoerd. Een superpositie kan niet worden gekopieerd of beter gezegd, bij het kopiëren gaat het origineel verloren. Een bewerking verandert dus de bestaande superpositie. Net als voor klassieke digitale systemen zijn er ook voor kwantumcomputers basisoperaties waarmee alle berekeningen 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