Kvanteberegning

Computere har infiltreret næsten alle områder inden for erhvervslivet og videnskaben, og de bliver ved med at blive hurtigere. Ikke desto mindre støder forskere rutinemæssigt på problemer, som er umulige for selv de mest kraftfulde supercomputere at løse. Midlet kunne være kvantecomputere, som ville bruge kvantemekanikkens fantastiske egenskaber til at knække sådanne problemer på sekunder snarere end århundreder. Siden 1980'erne har fysikere i akademiske laboratorier og hos firmaer som IBM, Hewlett-Packard og NEC forfulgt en række forskellige kvanteberegningsmetoder, men ingen ser ud til at kunne levere en fungerende maskine på mindre end 10 år.

Selskab: D-Wave systemer

Denne historie var en del af vores juli-udgave 2005

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Hovedkvarter: Vancouver, Britisk Columbia

Investeret beløb: 22 millioner dollars canadiske (ca. 17,5 millioner dollars i USA)

Hovedinvestor: Draper Fisher Jurvetson

Nøglestiftere: Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens, Haig Farris

Teknologi: Kvantecomputere

Vancouver startup D-Wave Systems sigter dog mod at bygge en kvantecomputer inden for tre år. Det bliver ikke en fuldt funktionel kvantecomputer af den slags, man længe havde forestillet sig; men D-Wave er på vej til at producere et støjende stykke kvantehardware til specielle formål, der kunne løse mange af de fysiske simuleringsproblemer, der støder nutidens computere, siger David Meyer, en matematiker, der arbejder med kvantealgoritmer ved University of California, San Diego.

Forskellen mellem D-Waves system og andre kvantecomputerdesigns er de særlige egenskaber ved kvantemekanikken, som de udnytter. Andre systemer er afhængige af en egenskab kaldet entanglement, som siger, at alle to partikler, der har interageret i fortiden, selvom de nu er rumligt adskilte, stadig kan påvirke hinandens tilstande. Men den indbyrdes afhængighed forstyrres let af partiklernes interaktion med deres omgivelser. I modsætning hertil udnytter D-Waves design den langt mere robuste egenskab ved kvantefysikken kendt som kvantetunnelering, som gør det muligt for partikler på magisk vis at hoppe fra et sted til et andet.

D-Wave blev indarbejdet i april 1999 og opstod som en række samtaler blandt studerende og undervisere ved University of British Columbia. I årenes løb har det oparbejdet intellektuel ejendom og indsnævret sit fokus, samtidig med at det tiltrækker næsten 18 millioner dollars i finansiering, oprindeligt fra engleinvestorer og for nylig fra de canadiske og tyske regeringer og fra venturekapitalfirmaer. Virksomheden planlægger at færdiggøre en prototype enhed inden udgangen af ​​2006; en version, der er i stand til at løse kommercielle problemer, kunne være klar i 2008, siger præsident og CEO Geordie Rose.

Agressiviteten af ​​D-Waves tidsplan er muliggjort af enkelheden i dens enheds design: en analog chip lavet af lavtemperatur-superledere. Chippen skal afkøles til -269 °C med flydende helium, men den kræver ikke de sarte state-of-the-art lasere, vakuumpumper og andre eksotiske maskiner, som andre kvantecomputere har brug for.

Designet er også modtageligt for de litografiske teknikker, der bruges til at lave standard computerchips, hvilket yderligere forenkler fremstillingen. D-Wave mønstrer en række sløjfer af lavtemperatur-superledere såsom aluminium og niobium på en chip. Når elektricitet strømmer gennem dem, fungerer løkkerne som små magneter. To køleskabsmagneter vil naturligt vende, så de klæber sammen, hvilket minimerer energien mellem dem. Sløjferne i D-Waves chip opfører sig på samme måde og vender retningen af ​​strømstrømmen fra med uret til mod uret for at minimere den magnetiske flux mellem dem. Afhængigt af det problem, den er beregnet til at tackle, er chippen programmeret, så strømmen løber gennem hver sløjfe i en bestemt retning. Sløjferne vender derefter spontant, indtil de når en stabil energitilstand, som repræsenterer løsningen på problemet.

D-Waves første computer vil ikke være i stand til at opnå det mest udbredte udbytte af kvantecomputere: At tage højde for de ekstremt store tal i hjertet af moderne kryptografiske systemer eksponentielt hurtigere end nogen kendt computer. Det vil dog være ideelt egnet til at løse problemer som det berygtede sælger-problem, hvor en sælger søger efter den optimale rute mellem byer. Efterhånden som deres kompleksitet vokser, bliver sådanne problemer hurtigt uløselige for traditionelle computere, fordi de kræver at undersøge alle mulige svar. I søgningen efter sin egen optimale energitilstand udfører D-Waves chip præcis denne type beregning automatisk på få sekunder. Applikationer – nogle til milliarder af dollars værd – inkluderer optimering af så forskellige elementer som lastbilruter, finansielle porteføljer og endda layoutet af traditionelle computerchips. D-Wave-samarbejdspartner Oliver Downs siger, at D-Waves chip også bør udmærke sig ved at modellere andre kvantesystemer, såsom de molekylære interaktioner, der karakteriserer nanomaterialer eller lægemidler.

Selvom det er mere robust end typiske kvantecomputere, vil D-Waves systemer stadig være sarte. Så firmaet har til hensigt at sælge løsninger frem for computere, siger Rose. En kunde vil køre et program til at løse et givent problem på sine egne computere. Når programmet støder på den uløselige del af problemet, ringer det eksternt til D-Waves computer for at køre en underrutine. For mange specialiserede applikationer har sådan dedikeret hardware potentialet til at være overlegen i forhold til selv den mest smarte software, der kører på en almindelig computer, siger UCSDs Meyer.

Og mens mange tilgange til kvanteberegning har ramt en mur og stødt op mod grænserne for lasere og andet udstyr, mener Downs, at D-Waves tidlige eksperimentelle resultater indikerer, at dens chip er lige efter planen. Selvom Meyer siger, at han ikke kan vurdere, om virksomheden vil overholde sine selvpålagte deadlines, tror han på, at det vil lykkes at bygge en maskine, der kan løse præcis den slags problemer, den forestiller sig. De har både ansat meget gode eksperimentalister og nogle ret seriøse teorifolk, siger han. Det er bestemt måden at nærme sig denne form for problem for at få det til at ske på ikke-akademiske mængder af tid.

Selskab:
D-Wave systemer

Hovedkvarter:
Vancouver, Britisk Columbia

Investeret beløb:
22 millioner dollars canadiske (ca. 17,5 millioner dollars i USA)

Hovedinvestor:
Draper Fisher Jurvetson

Nøglestiftere:
Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens, Haig Farris

Teknologi:
Kvantecomputere

skjule