Inspirasjon

Kvantedatamaskinen – slik fungerer neste teknologiske kjempesprang

Vi befinner oss på hoppkanten til en helt ny epoke innen datateknologi. Kvantedata har vært et begrep i over 30 år, men nå ser det ut som teoriene faktisk kan bli virkelighet. Den gåtefulle teknologien kommer til å vende opp ned på alt fra IT-sikkerhet til medisin, foredlingsindustri og kunstig intelligens.

Moores lov, oppkalt etter en av Intels gründere Gordon Moore, sier at antallet komponenter på et bestemt område av integrerte kretser omtrent dobles hvert år. Det betyr altså at prosessorer blir dobbelt så raske for hvert år. I 1975 reviderte Moore sin spådom til å gjelde annethvert år. Og det prinsippet har vist seg å være korrekt for de siste 100 årene.

Nå begynner fysikkens lover å sette begrensninger for hvor mange transaksjoner det går an å presse inn i en prosessorchip. Dessuten har flere helt nye måter å utforme datamaskiner på, begynt å stjele den tradisjonelle dataens utstråling. En av disse er kvantedatamaskinen.

Gjennom å utnytte kvantemekanismens ulike prinsipper, er det mulig å bygge en datamaskin som i visse tilfeller er nærmest uendelig mye raskere enn en tradisjonell datamaskin. Kvantedatamaskinen skal kunne føre til viktige framskritt innen områder der ekstremt stor databehandlingskapasitet er avgjørende, som for eksempel forskning på kroppens minste bestanddeler eller maskinlæring basert på store datamengder.

Slik fungerer det: Ett-tall og null på én gang

En vanlig datamaskins minste bestanddel kalles ”bit”, og kan ha verdien 1 eller 0. Åtte ”biter” bygger en ”byte”, og gjennom kombinasjonen av ett-tall og nuller lagrer vi data i våre datamaskiner.

En kvantedatamaskin har såkalte kvantebiter eller ”qubits”. De kan være 1, 0 og alle mulige verdier imellom – samtidig. Denne tilstanden kalles kvantemekanikkens superposisjon. I motsetning til en vanlig datamaskin der for eksempel 20 biter kan ha ett av 20 verdier om gangen, kan 20 qubits ha to opphevet i 20 verdier samtidig, altså over en million verdier på én gang. Det gir en potensielt enorm beregningskapasitet. Men for å ha noen som helst nytte av flere qubits, kreves det at de er sammenkoblet i et system. Det er et fenomen innen kvantemekanikk som gjør at en beregningsoperasjon gjennomført på quibits, påvirker alle de andre bitene i samme system.

En kvantedatamaskin er ikke raskere enn en vanlig datamaskin på alle typer beregninger. Maskinen kommer til å være dårligere på daglige gjøremål som å strømme en film eller surfe på nettet. Men i noen spesielle tilfeller utmerker kvantedatamaskinen seg i ufattelige dimensjoner.

Vender opp ned på IT-sikkerhet

Et eksempel er å faktorisere primtall, tall som bare kan deles med ett (1) eller seg selv. Disse brukes som nøkler i dagens krypteringsalgoritmer, og å teste alle de cirka 4x10^18 kjente primtallene for å knekke en spesifikk kryptering vil ta evigheter for en vanlig datamaskin. Men siden en kvantedatamaskin teoretisk sett kan teste alle kombinasjoner samtidig, kan den i prinsippet regne ut svaret direkte.

Dette gjør at vi må tenke nytt om hvordan vi krypterer data når vi, og framfor alt cyberkriminelle, har tilgang til kvantedatamaskiner. En løsning er å bruke kvantkryptering som teoretisk sett er umulig å knekke.

Sverige langt framme

Chalmers tekniska högskola i Gøteborg har forsket på kvantedatamaskiner i nesten 20 år. I fjor fikk de til sammen nærmere en milliard kroner for å drive et tiårig forskningsprosjekt, med mål om å skape en kvantedatamaskin med 100 qubits.

Allerede i dag finnes det kvantedatamaskiner på markedet, som for eksempel det canadiske selskapet D:Wave, som selger sine kvantedatamaskiner D:Wave 2000Q for femten millioner dollar. Flere eksperter og forskere har vært skeptisk til om D:Wave virkelig kan klassifiseres som ekte kvantedatamaskiner, men det har ikke hindret Google og NASA i å eksperimentere med D:Waves maskinvare.

En annen aktør som satser på kvantedatamaskiner er IBM, som lanserte sin skytjeneste IBM Q Experience der hvem som helst kan teste hvordan en kvantedatamaskin fungerer. Ettersom kvantedatamaskinene er store, energikrevende og veldig følsomme for forstyrrelser, er det kanskje på samme måte som skytjenester de vil bli gjort tilgjengelig i overskuelig framtid.

3 tenkbare applikasjoner for en kvantedatamaskin

1. Optimering

Forestill deg at du er en handelsreisende og vil regne ut den mest effektive ruten mellom et antall steder. Det høres kanskje trivielt ut, men med bare 270 destinasjoner er antallet mulige reiseveier flere enn alle atomer i universet. Ettersom en kvantedatamaskin kan sammenligne et uendelig antall kombinasjoner samtidig, skulle denne og andre typer optimeringsutfordringer kunne løses uten problemer.

2. Maskininnlæring og AI

Utfordringen innenfor maskininnlæring og kunstig intelligens, er å håndtere og se mønstre i store mengder data. Her kommer kvantedatamaskinen med sin enorme beregningskraft til å kunne ta kjempesteg.

3. Simulere molekyler

For å beregne hvordan for eksempel et nytt legemiddel vil fungere, kreves utrolig mye prosessorkraft for å simulere handlingsmønsteret til bare noen få molekyler. Det samme gjelder for foredlingsindustrien hvis du vil finne ut hvordan molekylene i et materialslag oppfører seg. Kvantedatamaskinens evne til å håndtere eksponentielt mer komplekse problemer gjør den perfekt for simuleringer på molekylnivå.

Hold deg oppdatert på de nyeste teknologitrendene ved å følge oss Linkedin.

Høres det skremmende ut at kvantedatamaskinen kan snu opp ned på dagens IT-sikkerhet? Ikke bekymre deg, vi er ikke der ennå, men det er mange andre sikkerhetstrusler som faktisk kan påvirke deg nå.

Kvantedatamaskiner skulle i teorien enkelt kunne knekke dagens vanskeligste krypteringsalgoritmer.

17 september 2018

Tagger