computer-wetenschap-bewerkt

Hoofdstuk 42
Kwantumcomputer
De kwantumcomputer is in 1981 als een mogelijke nieuwe vorm van computerarchitectuur voorgesteld door Richard
Feynman. In de jaren daarna ontwikkelden David Deutsch en Peter Shor het concept verder.
42.1 Werking
Deze computer maakt gebruik van de kwantumeffecten verstrengeling en superpositie, die kwantumdeeltjes zoals een
elektron of foton onder bepaalde omstandigheden kunnen vertonen.
• Kwantumverstrengeling van een gepaard elementair deeltje betekent dat er een verbinding bestaat tussen deze
twee deeltjes, die onafhankelijk is van de onderlinge afstand. Als de toestand van een deeltje gemeten wordt,
weet men ook onmiddellijk wat de toestand van het andere deeltje is, hoever zij ook van elkaar verwijderd zijn.
• Superpositie van een deeltje betekent dat bijvoorbeeld de spin hiervan (normaal maar één mogelijke waarde)
alle mogelijke waarden tegelijkertijd kan aannemen.
Door deze eigenschappen heeft de kwantum-binaire eenheid qubit tegelijkertijd een binaire waarden tussen 0 en 1
bit. [1][2][3] Dankzij beide fenomenen stijgt de capaciteit van kwantumcomputers exponentieel met het aantal qubits.
Waar een klassieke computer 64 bits nodig heeft om 2 64 waardes uit te drukken, heeft een kwantumcomputer over
het algemeen slechts zes qubits nodig. [4] Gerelateerd aan dit verschijnsel is de tijd die een kwantumprocessor nodig
heeft om berekeningen uit te voeren: deze processors kunnen 2 n berekeningen uitvoeren in de tijd dat een klassieke
processor 1 berekening kan uitvoeren. Hierdoor kan de kwantumcomputer enorm snel parallelle berekeningen
uitvoeren die met conventionele computers onmogelijk zijn.
42.1.1 Binaire computer versus kwantumcomputer
Om een simpel voorbeeld te geven van een kwantumcomputer ten opzichte van een tegenwoordig gebruikelijke binaire
computer, kan men zich het als volgt voorstellen als er de volgende vraag wordt gesteld:
'Er zijn tien deuren en achter één ligt een appel, achter welke deur ligt die appel?'
Ervan uitgaande dat de appel zich bijvoorbeeld achter deur nummer acht bevindt, zal de normale computer deur
nummer één openen, kijken of de appel daarachter ligt, en daarna de deur sluiten en naar de volgende deur gaan.
Dit proces zal de computer herhalen totdat hij de appel heeft gevonden. Een kwantumcomputer daarentegen zal alle
deuren tegelijk openen en al na de eerste cyclus de appel achter deur nummer acht vinden.
42.2 Kwantumprocessor stabiliteit
Een nadeel van processors die met qubits werken is dat kwantumeffecten als verstrengeling en superpositie zeer gemakkelijk
verstoord raken. De kunst is daarom om deze speciale kwantumtoestand lang genoeg stabiel te houden om
82