Qubits
De snelheid van elke computer gaat samen met het aantal onderdelen.
Het allergrootste probleem bij het opzetten van een quantumcomputer is dat deze geen cohesie heeft met de andere onderdelen.
De qubits moeten met elkaar en met de quantumlogica onderdelen communiceren.
Als ze dit doen, moeten ze ook alleen maar met die twee communiceren en niet met de omgeving.
Als de omgeving wel wil communiceren met de qubits en als deze gemeten zouden worden, zou de superpositie van de qubit verloren gaan. Dan zouden ook de berekeningen niet meer juist zijn en dus mislukken.
Quantum computing is dan ook heel erg breekbaar.
Als een elektromagnetisch veld iets te warm wordt, die de klassieke computer onveranderd laat, kunnen in een quantumcomputer de simpelste kwantumberekeningen verstoren.
In Delft wordt er onderzoek gedaan naar twee soorten van Qubits.
Een qubit is een microscopisch klein ringetje waardoor een elektrisch stroompje loopt.
(figuur 3). Deze is erg klein.
Dit ringetje wordt gekoeld, zodoende moet deze goed geleidend zijn. Dit betekent ook dat het ringetje zelf geen elektrische weerstand heeft en dus eigenlijk eeuwig zou kunnen bestaan.
Door de richting van het magnetische veld (de stroom) te meten, kan dan de qubit worden uitgelezen.
figuur 3: fluxqubit
bron van afbeelding: http://www.natuurkunde.nl/artikelen/1253/quantumcomputer
Elk deeltje van een qubit, heeft een heel klein magneetje. Dat magneetje kan in een magnetisch veld de ene of de andere kant op staan. Deze twee standen vormen samen de standen van de bit. Maar omdat ze ook tegelijk kunnen voorkomen noemen we dit een qubit.
De elektron wordt op zijn plaats gehouden door een zogenaamde ‘quantumdot’. Door de richting van het magneetje is het de vraag of de quantumdot kan ontsnappen of niet. Omdat het mogelijk wordt gemaakt voor de elektron om te ontsnappen uit de quantumdot, kan de qubit uitgelezen worden. (Dit is afhankelijk van de richting van het magneetje).
De klassieke computer kan zo worden ontworpen dat ze in één combinatie van drie bits tegelijk kan lezen. Een quantumcomputer kan alle mogelijke combinaties lezen. Dit betekent dus dat quantumcomputers veel meer informatie parallel kunnen verwerken.
Elke bit staat voor 0 of 1 (aan of uit, ja of nee). Een quantumcomputer maakt gebruik van quantumbits. Een qubit kan dan ook een 0, een 1 of een quantum superpositie innemen; dit wil zeggen dat ze alle waarden van 0 én een 1 tegelijk aan kunnen nemen. kan aannemen.
figuur 4: het verschil van de 0 en de 1 in een Qubit
bron van afbeelding: http://cmsw.mit.edu/angles/2015/wp/is-the-universe-actually-a-giant-quantum-computer/
Als voorbeeld:
Een gewone computer met bijvoorbeeld twee bits ( 0 en/of 1)kan informatie opslaan in maar vier combinaties namelijk: 00, 01, 10 en 11.
Een quantumcomputer kan deze combinaties allemaal tegelijk opslaan. Een reeks van tot dertig nullen en enen maakt dan ongeveer een miljard verschillende combinaties. Hierdoor kan een quantumcomputer een miljard berekeningen maken tegelijkertijd dat een klassieke computer er maar één maakt. Daardoor is een quantumcomputer te vergelijken met een klassieke computer maar dan met een miljard processoren. Deze zitten dan in één stukje hardware. (Aaranson, 2008).
figuur 5: de 0 kan een 1 zijn en andersom (zoals te zien is bij de rode cijfers)
bron van afbeelding: https://www.quantamagazine.org/computings-search-for-the-best-quantum-questions-20160602/
Hierdoor krijgen we een hele snelle manier van computergebruik. het verwerken van codes.
de Qubit
De quantumcomputer heeft een heel lage temperatuur om te werken, omdat Quantumgedrag ook dominant gedrag is, hebben we een hele grote “koelkast” nodig van wel 3 meter hoog en een diameter van 1 meter.
Zo kan het qubit koelen tot nul Kelvin-temperatuur. Dit is 273 graden onder nul Celsius. Een lagere temperatuur kun je niet vinden in het universum. Zelfs in de ruimte zal je de temperatuur van een paar Kelvin vinden.
hoe sterk is een qubit ?
Als metafoor kun je het beste het volgende gebruiken.
Stel: je bouwt met 40 Qubits een circuit. Het is eigenlijk hetzelfde als je een kaartenhuis probeert te bouwen, je maakt de constructie van de kaarten om deze op elkaar te leggen. Het geringste zuchtje wind of ruis van buitenaf laat je kaartenhuis instorten.
Als je een topologische qubit hebt is dat zoiets als met lego bouwstenen. Deze lego stenen kun je makkelijk op elkaar zetten en ze goed met elkaar verbinden.
Je kunt er enorme structuren mee bouwen zonder dat dit structuur zwakker wordt.
Dat is hetzelfde als met een topologische qubit.
