Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Spørgsmål og svar til foredraget 'Kvantecomputeren'

Tirsdag den 18. februar 2020 afholdte professor i kvantefysik Klaus Mølmer foredraget 'Kvantecomputeren' som en del af foredragsserien Offentlige foredrag i Naturvidenskab.

Spørgsmålene væltede ind, og der var derfor ikke tid til at besvare alle under foredraget.
Foredragsholderen har efterfølgende besvaret spørgsmålene skriftligt. Du kan derfor finde svar på dit eget og alle andres spørgsmål nedenunder.

1. Hvilken metode brugte Shor til at finde måleresultater i kvantecomputeren? #ForedragLive

Peter Shors algoritme beregner en ganske særlig funktion for alle hele tal x, som ifølge klassisk matematik er periodisk, d.v.s. gentager sig selv hver gang x vokser med bidraget p, og hvor en måling af perioden p er nok til at give en faktor i det store tal N.

Det er ”lidt teknisk”. Tag et tal a, beregn a opløftet i x’te potens, og tag det der bliver til rest ved division med N. Denne funktion f(x) er periodisk med perioden p, og a opløftet i potensen p/2 plus eller minus 1, har en fælles divisor med N, som man kan finde med en metode kendt siden de gamle grækere.

Fx N=15, a = 2: f(0)=1, f(1)=2, f(2)=4, f(3)=8, f(4)=1, og så fortsætter det 2, 4, 8, 1, … , så p=4, potensen p/2 =2 så vi skal beregne a∙a+1 = 5 og a∙a-1=3, og se om de har fælles divisorer med 15. De er netop selv divisorerne i 15 ;=) Prøv selv med et andre tal for N og a. Måske skal du skifte a ud og prøve igen hvis det ikke virker første gang.

2. @foredraglive hej jeg hedder Lærke. Jeg ser dit lækre foredrag på Nørre Vosborg i Vemb. kan fysikken eksistere uden filosofien? Jeg synes du negligere filosofien.

Hej Lærke. Du har helt ret i at jeg sprang hen over de filosofiske aspekter og for eksempel diskussionerne mellem Bohr og Einstein, Schrödingers kat, Københavnerfortolkningen og meget mere. Det emne kommer der meget mere om i mit næste foredrag om kvantemekanikken.

3. Med al den fokus og "frygt" for en selv-lærende AI som begynder at handle selvstændigt, vil kvanteteknologien ikke øge risikoen for, at det kan ske?

Kvantecomputeren kan godt blive en vigtig brik i udviklingen af AI, da den netop kan løse den slags problemer som AI systemer kræver meget regnekraft for at kunne fungere. Allerede uden kvantecomputeren er der grund til at være bange for mange anvendelser af AI, og vi skal protestere og kræve stærk lovgivning imod misbrug. Og vi skal som offentligt ansatte forskere holde øje med og fortælle hvad der er muligt og bliver muligt fx med kvantecomputere.

4. Ville den første selvbevidste AI kunne udnytte kvanteteknologi eller infiltrere internettet fuldstændigt for at gøre sig selv klog på alt der har med mennesker at gøre Anders Grønnebæk Frøslev, Haslev

Kvantecomputeren kan godt blive en vigtig brik i udviklingen af AI, da den netop kan løse den slags problemer som AI systemer kræver meget regnekraft for at kunne fungere. Allerede uden kvantecomputeren er der grund til at være bange for mange anvendelser af AI, og vi skal protestere og kræve stærk lovgivning imod misbrug. Og vi skal som offentligt ansatte forskere holde øje med og fortælle hvad der er muligt og bliver muligt fx med kvantecomputere.

5. Hvad er informationstætheden i en kvantecomputer sammenlignet med DNA, målt som antal bit pr. rumfangsenhed. Kristian K, Sønderborg Bibliotek.

Den er ekstremt lille, fordi vi skal kunne komme udefra og påvirke hver enkel bit enten med laserstråler som er 10.000 gange tykkere end et atom, eller med ledninger, der skal nå frem. Der skal derfor være et ret stort mellemrum mellem vores bits. Min fodboldbane-kvantecomputer har kun en milliard atomer, som normalt fylder et volumen, mindre end en mikrometer på hver led. I DNA molekylet sidder de molekyler der koder for genetiske egenskaber i ganske få atomradiers afstand, og det virker og kan endda kopiere sig selv. Naturen er genial!

6. Da to partikler reagerer på hinanden samtidigt i quantum entanglement, Kan man så bruge det til "instant" kommunikation i rummet Evt som et "livefeed" til Mars Mvh Rune Holstebro gymnasium

God ide, men nej desværre. Målingerne giver tilfældige resultater, og selvom de er perfekt korrelerede med hinanden, kan man det ene sted i rummet ikke se om den lokale værdi skyldes det andet måleresultat eller om dert er ”almindeligt tilfældigt”. Men, man kan udnytte at de to resultater er perfekt korrelerede til bagefter at dele hemmeligheder, ved at trække de målte værdier fra eller lægge dem til en hemmelig besked og sende resultatet over en åben telefonlinje.

7. Peter, Aksen i Asnæs: hvis kvantecomputeren regner samtidig med 0 og 1 i kvantebit hvordan vælger man at udskrive et enkelt svar, det rigtige svar og sortere de uinteressante svar fra

Godt spørgsmål, som først blev besvaret med Shors og Grovers algoritmer. De er skruet sådan sammen at man undervejs bruger bits med alle værdier på samme tid, men med snedige sidste regneoperationer transformeres de til sidst om til enkelte klassiske værdier, som rummer svaret på hele regningen.

8. Google har jo quantum-supremacy på nuværende tidspunkt, hvilke konsekvenser kan det få for udviklingen af kvantecomputere, og hvad vil det egentlig sige at have quantum-supremacy Anders Grønnebæk Frøslev På et bibliotek

Quantum supremacy betyder at man kan lave noget med kvantecomputeren som ikke kan lade sig gøre med klassiske computere. I det her tilfælde beregne hvad kvantecomputeren selv gør (det gør den jo selv helt automatisk). Det svære i testen var at tjekke at computeren selv gjorde det den skulle, og at bevise matematisk, at netop denne opgave er så svær at løse. Konsekvensen er en midlertidigt status på at vi nu kan kontrollere computeren længe nok og præcist nok til den pågældende test – det giver optimisme om at vi bliver meget bedre indenfor de næste år.

9. Jeg vil gerne høre mere om Entangelment. Torben fra Videnskabernes Selskab i København

Entanglement er tilstande, hvor to eller flere partikler er i flere tilstande på samme tid, men på en korreleret måde, så for eksempel to kvantebits begge er 0, og på samme tid begge er 1. Hvis man måler på den ene kvantebit kan man få både 0 og 1. Får man 0, er den andenkvante bit også 0, får man 1, er den anden også 1, også selvom den er et helt andet sted.

10. Hej Århus universit Du nævner at elektronerne hopper fra bane til bane, er det elektronskallen de hopper fra og til? Hilsen Anton Hou fra Nyborg Gymnasium

Hej Anton. Ja det er det lige præcist. Og da vi efter 1926 erstatter Bohr baner og skallerne med bølgefunktioner, sker springene mellem at elektronen beskrives ved en og senere en anden bølgefunktion.

11. (Julie Taarup forsamlingshus) Hvor og hvordan skal man starte med forskning hvis man ikke er så gammel (omkring 12 år) og gerne vil være forsker??

Jeg synes du skal høre denne serie af foredrag ligesom du gør i aften, hvis du synes de er spændende, og så kan du selvfølgelig gå ind på videnskab.dk og mange andre hjemmesider hvor der står sjove og spændende artikler. Så bare hæng på. Du kan garanteret også skrive til en forsker (mig, eller en af mine kollegaer), hvis du har et spørgsmål du gerne vil have svar på, så svarer vi jo altid på den slags spørgsmål. Og mit bedste tip: Det vigtigste er i virkeligheden at du bevarer din nysgerrighed. Bliv ved med at spørge dig selv og andre omkring dig, om alt, hvad du ser, fra helt almindelige ting til det meget komplicerede. Kan du bevare din nysgerrighed, bevarer du også lysten til at bruge hjernen, og så er du godt på vej.

12. Hvad er forskellen mellem tilstandene yderst tv. hhv. yderst th. i 3. linje i sliden med Schrødingers brint svingningsmodes for brint. Er det ikke bare en 90 graders rotation af hinanden? Mvh. Jens Rasmussen, Lindegaarden i Lyngby.

Godt set, på grund af brintatomets symmetri, vil der være løsninger der bare er roterede udgaver af hinanden. De svarer lidt til at violonstrengen svinger op og ned eller fra side til side. Svingning på skrå er en kombination af de to andre og tæller ikke som en ny løsning, og derfor ser du heller ikke Schrödinger-mønstre, der er drejet fx 17 grader. (Se billedet nederst på siden)

13. Hvilken filosofisk fortolkning af kvantefysikken er folk på AU tilhænger af (F.eks. mange-verden fortolkning eller københavner-fortolkning) Mvh.Emil Reinert fra Søauditoriet

Jeg er nok mest tilhænger af Københavner-fortolkningen, men til nogle formål kan man hjælpe sin intuition bedre på vej med en af de andre fortolkninger. Jeg tør ikke at tale på vegne af mine kollegaer. Hver gang I møder to fysikere, er der mindst fire meninger om hvad der er den rigtige fortolkning af kvantemekanikken.

14. Kan kryptering med RSA bruges, hvis/når der findes en billig mange bit kvantecomputer? Hvorfor/hvorfor ikke?

Nej, det kan det ikke. RSA bliver knækket af kvantecomputere. Ikke alene bliver det knækket for det I sender i dag, men alt der er blevet sendt med RSA de sidste 50 år, kan vi i princippet gå tilbage og knække. Sådan vil vi måske kunne finde ud af hvem der slog John F. Kennedy ihjel, for måske ligger det i en klassisk krypteret besked, som vi bare ikke har knækket endnu. Forskere har udviklet alternativer til RSA kryptering, som sikkert snart bliver den nye standard.

15. Frank Helbo, Esbjerg Hovedbibliotek. Betyder det så at målingen på den ene partikel påvirker den anden partikel fuldstændig på samme tid uafhængig af afstand, altså synkront? Kan vi så kommunikere fuldstændig synkront på tværs af en galakse?

Ja. Hvis man er fysiker og tror på mange-verden fortolkningen (altså ikke københavner-fortolkningen), så tror man at det der sker for bølgefunktion sker i virkeligheden for partiklen. Hvis man tror på københavner-fortolkningen, så tror man det bare er min viden, der ændrer sig, dvs. når jeg laver en måling så sker der ikke noget med den anden partikel. Men jeg ved noget om den anden partikel. Det sker altså inde i mit hoved, og ikke på tværs af universet. Nej, du kan ikke kommunikere med det. Måleresultaterne er tilfældige, og du kan ikke se om de gav en bestemt (men tilfældig) værdi fordi en anden partikel er blevet målt et andet sted. Jeg ser partiklen et sted og det gør ham i den anden ende af universet også, men det er der ikke meget besked i.

16. Fint at man kan regne på mange tal på samme tid. Det betyder også bare at man får mange svar. Hvordan spørger man, så man kun får det ene rigtige svar F.eks. primtalsfaktoriseringen af en krypteringsnøgle Mvh Kasper

Peter Shors algoritme beregner en ganske særlig funktion for alle hele tal x, som ifølge klassisk matematik er periodisk, d.v.s. gentager sig selv hver gang x vokser med bidraget p, og hvor en måling af perioden p er nok til at give en faktor i det store tal N. Det er netop dette ene tal, som kun har en værdi, man skal måle.

Det er ”lidt teknisk”. Tag et tal a, beregn a opløftet i x’te potens, og tag det der bliver til rest ved division med N. Denne funktion f(x) er periodisk med perioden p, og a opløftet i potensen p/2 plus eller minus 1, har en fælles divisor med N, som man kan finde med en metode kendt siden de gamle grækere.

Fx N=15, a = 2: f(0)=1, f(1)=2, f(2)=4, f(3)=8, f(4)=1, og så fortsætter det 2, 4, 8, 1, … , så p=4, potensen p/2 =2 så vi skal beregne a∙a+1 = 5 og a∙a-1=3, og se om de har fælles divisorer med 15. De er netop selv divisorerne i 15 ;=) Prøv selv med et andre tal for N og a. Måske skal du skifte a ud og prøve igen hvis det ikke virker første gang.

17. Lever vi i en simulation? Morten Nørgaard Andersen, Ultima Thule

Godt spørgsmål. Det tror jeg ikke er nemt at svare på! Men man kan starte med at spørge sig selv om der vil være nogen forskel på om dette er virkelighed eller en simulering, og om det vil have nogle konsekvenser.

18. Bardur, Loksholl: Er katten så i live eller ej?

Den er i live og har det godt ;=) Og den er, som alle katte helt ligeglad med hvad vi synes.

19. Hvorfor regner kvantecomputeren med to tal på en gang og ikke flere? Marie fra Skærbæk

Den regner med to tal, 0 og 1, for hver kvantebit, så har du to kvantebits kan den regne med fire tal på samme tid (som vi skriver 00, 01, 10 og 11 i to-talssystemet). Med 10 kvantebits regner du på 1024 tal på samme tid, og så videre. Se også spørgsmål 23.

20. Kan man måle en bit som et to eller tre dimensionel objekt? Og i så fald hvad er størrelsen? Magnus, Farum.

For nogle bits er de to tilstande ligesom to steder eller to retninger i rummet (i en, to eller tre rumlige dimensioner), men det kan også være rumligt helt ens tilstande, men to forskellige frekvenser (farver) eller elektriske ladninger. Man kan på samme tid have samme atom på to rumlige positioner, flere mikrometer (mange tusinde atomdiametre) fra hinanden.

21. Hvad er dit syn på many worlds fortolkningen i forhold til kollaps af bølgefunktioner? Patrick Hadsten Biograf

Jeg er meget positiv overfor mange-verden fortolkningen, som siger at alt er bølgefunktion og at vi også selv oplever forskellige resultater på samme tid når vi laver målinger, men i forskellige dele af bølgen, så vi aldrig konfronteres med at vi er uenige med os selv. Jeg har dog et stort problem, og det er hvorfor alting ser så typisk og almindeligt ud, når der nu er en verden hvor man kan vinde i lotto hver uge i et år.

22. Findes der en mere effektiv måde at hive CO2 ud af atmosfæren på end fotosyntese - ellers plant træer! Stefan, Sorø

Jeg tror ikke vi kan slå naturen i den opgave, men nogle alger er bedre end træer, og er måske lettere at håndtere i tanke og bassiner på bygninger og i ørkener. Hvis vi kemisk kan lave processer hvor slutresultatet bliver et produkt med endnu større anvendelse end træer, er det jo også værd at se på.

23. Jakob Hillerød. I dag er der 0 og 1 som adskilte tilstande i een bit uden overlap/afsmitning = stor troværdighed. Når der er 100 tilstande på een kvantebit, hvordan er det så med afsmitning/adskillelsen imellem tilstandene Hvordan er usikkerheden så på beregningerne Mvh

Vi skal undgå at have mere end to forskellige tilstande per kvantebit, ellers kan de forveksles med hinanden og forårsage fejl. Skal du bruge 100 tilstande vil jeg derfor anbefale dig at bruge 7 kvantebits, eller finde et atom med 100 forskellige tilstande ligesom Bohr banerne. Holmium atomet har 128 tilstande med lang levetid, som vi ser på som mini.kvantecomputer.

24. Hey, nu når kvantecomputerer er så hurtige, så er det vel oplagt at prøve at regne på "fremtiden", men er det muligt? Hilsen Bertram Trampedach fra Nyborg gymnasium

Hvis du har en teori med ligninger for hvordan fremtiden bliver, er det præcist hvad vi gerne vil gøre med en kvantecomputer. Fx vejrudsigter og kemiske processer i industrien.

25. Xi Li Ping, Vejle Tekniske Gymnasium Hvad betyder kvantekryptering og den enorme regnekraft for konventionel kryptering, f.eks. Bitcoin?

Der findes sikre koder, og eksperter i kvantecomputing er allerede i dag ansat som konsulenter af de store virksomheder inden for kryptovaluta, så de kan sikre at man benytter protokoller der ikke kan hackes af en kvantecomputer. Se for eksempel: www.quantumlah.org/about/highlight/2017-11-consult-cryptocurrency

26. Hvis alle tal er repræsenteret samtidigt hvordan vælger man så et ud som man vil anvende?

Ideen er at man netop ønsker at finder den rette værdi blandt de mange kandidater. Du lader den altså regne på alle tal fra starten, og regningerne ender med at der kun står et svar tilbage. Se min korte omtale af Shors algoritme et andet sted på siden (spørgsmål 1 og 16).

27. Hvor mange lys kanter skal der til for at vores øjne kan opfatte det. Peter, Silkeborg Gymnasium

Ganske få. 5-10 fotoner eller lyskvanter kan ses med det blotte øje i et mørkt lokale.

28. Kent Hadsten Bio Hvilke kondenserede materialer er aktuelle i forbindelse med kvantecomputeren?

Mange materialer bliver superledende ved lave temperaturer, hvor især aluminium og niobium er meget brugt. Silicium (som benyttes i almindelige computerchips) og germanium er også faste stoffer, som kan fungere som vært for kvantebits.

29. LK/Aarhus c. Normale CPUer regner i sekvenser, hvor regnestykket a b*c må afvente beregningen b*c før a adderes. Hvordan løser kvante computere det?

Vi følger i dag stort set samme principper for beregninger som i en klassisk computer, men især fordi kvantebits har endelig levetid er vi meget opmærksomme på at få en regning afviklet effektivt i tid, og især få operationerne til at ske så mange som muligt på samme tid på forskellige bits. Der er nogle tricks man kan bruge, ligesom de også findes i klassiske computere, men jeg har ikke set systematiske undersøgelser af det for kvantecomputeren.

30. Hvorfor er de to ryg-til-ryg partikler, der skydes væk fra hinanden, roterede 180 grader og ikke spejlede? Hilsen Christoffer, Hedehusene.

I nogle fysiske processer er der bevarelse af total impuls, og så skal de være præcist modsat rettede, men vi har også processer hvor vi kan vælge vinklerne anderledes, så min tegning skal kun forstås som en skitse.

31. Hvor mange dimensioner regner man med i det kvantefysiske univers Non-locality kunne jo sagtens være et meget lokalt tre-dimensionalt fænomen som med partikel-bølge dualiteten kunne være. Tommy Gade, Blåvandshuk skole

Det er rigtigt godt spørgsmål. Vi regner normal kun med de tre fysiske dimensioner som vi kan se og studere i vores eksperimenter, men teoretiske fysikere har længe i fx strengteorien overvejet om yderligere dimensioner kan forklare fysikken bedre. En af dem, Nobelprismodtageren Gerard ’t Hooft, har også ideer om at en mange dimensionel teori kan være lokal og stadig se ikke-lokal ud i tre dimensioner.

32. Kan man bruge kvante teknologi til at skabe mere selvstændige robotter mvh Holger i tåning forsamlingshus

Hvis robotten styres af en kvantecomputer kan den måske godt virke selvstændig. Mikroskopiske robotter, i form af ganske få atomer kan udføre ”random walks” i et landskab og hurtigere finde de dybeste dale, med mulige anvendelser i nanoteknologier.

33. Hej Klaus, jeg har længe undret mig over hvordan man bliver forsker indenfor kvantefysik, hvis man ikke er færdig med folkeskolen, MvH Karsten, Ringkøbing Bio.

Jeg synes du skal høre foredrag ligesom du gør i aften, hvis du synes de er spændende, og så kan du selvfølgelig gå ind på videnskab.dk og mange andre hjemmesider hvor der står sjove og spændende artikler. Mit bedste tip: Det vigtigste er i virkeligheden at du bevarer din nysgerrighed. Bliv ved med at spørge dig selv og andre omkring dig, om alt, hvad du ser, fra helt almindelige ting til det meget komplicerede. Kan du bevare din nysgerrighed, er du super godt rustet, når du hen af vejen lærer mere af den svære matematik, som desværre også er nødvendig for at kunne forske rigtigt i kvantefysik.

34. Hvordan kan man observerer hvor elektronen er i bølgen? Frank , Gjethuset, Frederiksværk

Hvis man fx sender en elektronstråle gennem et lille hul i en skærm og derefter rammer en fotografisk film, vil man kunne fremkalde filmen og se prikker hvor de enkelte elektroner lander. Man ser i sådanne forsøg millioner af prikker i flotte cirkelformede bølgemønstre.

35. JNJ i Hillerød. Hvornår kommer kvantecomputeren på tilbud i Elgiganten?

Svaret er om 15 år. Og det er det også hvis du spørger mig igen om 5 år.

36. Hvor mange bits er der i en lyskvante? Asger Drewsen, TÅGEKAMMERET

Super spørgsmål: Du kan kode en bit i antal fotoner og bruge en puls med 0 eller 1 foton som kvantebit, men du kan også sende en enkelt foton i en enkelt lyspuls som kan vælges med vilkårligt mange farver eller tidsforsinkelser, svarende til forskellige talværdier. 8 forskellige pulser svarer så til 3 bits.

37. Nødråb fra Kvarterhuset, Amager. Når nu I kan måle at en partikel ændrer sig fordi eller samtidig med at en anden bliver målt som partikel, hvorfor F...... bryder dette så ikke med at lysets hastighed ikke kunne burde overskrides Som fx i Aspect's forsøg. Og selv om I siger 'entanglement' så må 'noget' jo fortælle bølge 2 at partikel 1 er blevet målt. Og hvordan kan denne 'information' nå frem spontant uden at et-eller-andet sker med mere end lysets hstighed

Det bryder kun næsten med lysets hastighed: Målingerne giver tilfældige resultater, og selvom de er perfekt korrelerede med hinanden, kan man det ene sted i rummet ikke se om den lokale værdi skyldes det andet måleresultat eller om det er ”almindeligt tilfældigt”. Der er altså ikke sendt nogen besked. Men, man kan udnytte at de to resultater er perfekt korrelerede til bagefter at dele hemmeligheder, ved at trække de målte værdier fra eller lægge dem til en hemmelig besked og sende resultatet over en åben telefonlinie. Hvis man er fysiker og tror på mange-verden fortolkningen (altså ikke københavner-fortolkningen), så tror man at det der sker for bølgefunktion sker i virkeligheden for partiklen. Hvis man tror på københavner-fortolkningen, så tror man det bare er min viden, der ændrer sig, dvs. når jeg laver en måling så sker der ikke noget med den anden partikel. Men jeg ved noget om den anden partikel. Det sker altså inde i mit hoved, og ikke på tværs af universet.

38. Hvilke konsekvenser vil kvantecomputere have for kryptering og sikkerhed? De vil vel meget hurtigt kunne bryde den kryptering vi bruger i dag. -Emil i Kolding

Der kommer til at gå noget tid. De koder man bruger i dag med tal med flere hundrede cifre kræver mange tusinde regnebits og mange millioner perfekte regneoperationer for at blive knækket på en kvantecomputer. Jeg skal nok holde øje med hvor store og præcise kvantecomputere, der findes og advare dig i god tid!

39. Susanne, Kvarterhuset, Amager: Jeg har læst om simultan kvantekommunikation mellem en computer på jorden og en computer på rumstationen. Hvordan filen går det for sig, når intet andet end kvanterne bevæger sig?

Der findes satellitter med kvantekommunikationsudstyr, og de kommunikerer dels ved at sende kvantebits (fotoner) og ved at udveksle klassiske bits (sædvanlige radiosignaler). Formålet er ikke at kommunikere simultant eller særligt hurtigt, men at de udvekslede kvantebits, kun kendes af de legitime partnere, som derfor kan bruge dem til at kode hemmelige beskeder.

40. Cornelis, Vejle. Skal en kvantecomputer programmeres på en særlig måde for at udnytte den fulde regnekraft?

Ja det skal den. I lang tid har vi tænkt mest på fysikken og hver enkel bit operation som beskrevet med en helt specifik sekvens af fysiske instrukser. Microsoft og andre er nu ved at udvikle programmeringssprog på et højere og mere abstrakt niveau, som compileren derefter kan oversætte til fysiske instrukser. Sproget indeholder en række kommandoer som ikke giver mening i den klassiske computer, fx at lave 0 om til 0 og 1. Se fx: https://docs.microsoft.com/en-us/quantum/?view=qsharp-preview

41. Hvordan kan det være at det andet partikel var modsat det man målte på efter bølgen? Sofus 12 år, Apollon Struer

I nogle fysiske processer skal de to partikler være præcist modsat rettede, ligesom hvis to skøjteløbere på isen skubber sig væk fra hinanden, men vi har også processer hvor vi kan vælge vinklerne anderledes, så de to partikler går i samme retning.

42. Marinus Traynor, Galten Bio. Indenfor hvilken tidshorisont ville du antage er realistisk for at kvantecomputeren tager over den traditionelle, for almindelige kunderne på computer markedet?

Der vil forblive opgaver som den klassike computer løser bedst (den laver aldrig bitfejl), så jeg tror snarere at vi vil se computere med en kvante- og en klassisk processor. Ligesom du i dag kan have både en CPU og en grafikprocessor.

43. Er der en principiel forskel på en Turing maskine og en kvantecomputer?Christian Thybo,ÆRedningshusiKlitmøller

Turing maskinen er en teoretisk beskrivelse af en computer med minimale egenskaber. Samme beskrivelse bruger vi tit til teoretisk at redegøre for de minimale krav til en kvantecomputer: En Turing maskine er en hukommelse i form af et langt bånd med (kvante)bits og en lokal processor der kan adressere et sted på båndet af gangen. Sjovt nok er min model med bits der flyver fra et kredsløb op i en diamant et præcist eksempel på en Turing maskine på grund af den måde vi lægger en bit ad gangen ind i diamanten.

44. Akkash, Asger ( sorø akademi ) Har string teorien nogen binding til kvante teori?

Ja, strengteorien har tætte forbindelser til kvantemekanikken, idet strengene og deres vekselvirkninger beskrives ved kvantemekanikken. Superpositioner (at være flere steder på samme tid) gælder altså også for strengene.

45. Patrick Fredericia Gymnasium: Ligesom der findes Bitcoins, kan det så tænkes, at der kan udvikles en anden type, som er hurtigere og bedre fordi bits virker på samme tid?

Det er ikke sikkert at det bliver hurtigere, men der findes protokoller for ”kvante-penge”, som ikke kan forfalskes og kopieres.

46. Hvilke flaskehalse er der i en kvantecomputer Altså, når udregningerne bliver så hurtige - hvor kan resten af systemet så ikke følge med mere? Mvh Sebastian, Søauditorie 2

Flaskehalsen er gates mellem flere kvantebits. Vi gør alt hvad vi kan for at beskytte data mod forstyrrelser, men det gør det samtidigt svært at tillade kvantegates som jo er en slags ”lovlig forstyrrelse”. Når vi skal have rigtig mange bits bliver det også en flaskehals at kommunikere mellem fjernt liggende bits. Der er nu forsøg med at bruge lys, mikrobølger og endda også lydbølger til kommunikation, så vi snart er klar til at bygge større systemer.

47. Hvis den kan regne så hurtigt kan den så ikke hacke koder utroligt hurtigt? Mathias Gissel Fra Vinjes Torv

Jo, det er præcist det den kan. Ikke kun fordi den regner hurtigt men fordi den regner samtidigt og derfor kan spare en masse tid. Det tager næsten et 30-cifret antal operationer at finde faktorerne i et 100 cifret tal på en klassik computer, men kun et 6 cifret antal operationer (ca. en million) på en kvantecomputer.

48. Mikael Corona camping: Når nu computerens regnekraft bliver så stor at den mere og mere overtager den menneskelige handling, hvordan vil man sikre at etikken implementeres? Og hvem skal sætte disse grænser?

Det skal du som borger i et demokratisk samfund. Jeg håber vi får en debat om hvad der er acceptabel overvågning og kontrol af vores samfund, og at vi laver principper, som kvantecomputeren også skal rette sig efter.

49. Forventes antallet af qbits i en kvantecomputer at følge Moores lov (fordobling af antal transistorer pr. 18 måneder) ligesom traditionelle computere har gjort i mange år/Oliver - TK, Matematisk fakultet Aarhus Universitet

Ja, det er faktisk den slags scaling vi ser for øjeblikket, måske med lidt andre tidsskalaer. Min kollega på Yale, Rob Schoelkopf, arbejder med superledende kvantebits, og hans kvantebits kan holde ti gange længere på deres data hver gang der er gået tre år.

50. Hvem har fundet på det interessante og mærkelige navn petaflops og hvad er det sat sammen af ? Eva Biehl, Klitgården i Tversted

Peta er et såkaldt ”præfix”, der ligesom milli, kilo, og giga fortæller hvilket antal nuller der skal på et tal.

Kilo betyder tusind (tre nuller) giga betyder milliard (9 nuller) og peta betyder 15 nuller. Egentligt betyder peta 5 på græsk, og da vi mest bruger særlige navne for tal hvor 3 går op i antallet af nuller (tusind, million, milliard, …) er det altså 5 af disse pakker med 3 nuller.

51. Hvordan er funktionen anderledes fra et grafikkort. Løser det ikke også en masse regnestykker på én gang?-- Jonas, Søauditorierne

Det er en god sammenligning, og grafikkort kan lave mange parallelle beregninger, ligesom moderne supercomputere med millioner af chips kan. Det unikke ved kvantecomputeren er at den kun behøver et enkelt regneregister til at håndtere alle tal i registeret på samme tid, ikke et stort antal regneenheder.

52. Hans Knudsen, Varde bibliotek: fungerer den menneskelige hjerne som en kvantecomputer med binære udregninger?

Det er blevet foreslået, men der er ikke mange der tror på at den våde, varme hjerne med høj tæthed af atomer og molekyler er et godt sted at håndtere de meget skrøbelige kvantetilstande.

53. Frank Helbo, Esbjerg Hovedbibliotek. Men den kvantebit kan vel ikke kun være 0 og 1, men også alt derimellem? Gør det ikke potentialet endnu større hvis vi kan udnytte det? Og hvorfor holde fast en den klassiske bit, når kvantecomputeren kan så meget mere?

Fint spørgsmål! Det er rigtigt at jeg kan forestille mig mange flere end blot to tilstande, men vi kan højest skelne to tilstande præcist fra hinanden, og der er trods meget forskning i netop det spørgsmål næsten ingen eksempler på at vi kan lagre mere information med en kvantebit end vi kan med en klassisk bit.

54. Hvor hører blockchain hjemme. Mvh Uffe Fredericia Gymnasium

Blockchain er en slags åben datasikkerhedsprotokol med mange formål. Den virker ved en slags kryptering, og eksperter i kvantecomputing er allerede i dag ansat som konsulenter af de store virksomheder indenfor fx kryptovaluta, baseret på blockchain, så de kan sikre at man benytter protokoller der ikke kan hackes af en kvantecomputer. Se for eksempel: www.quantumlah.org/about/highlight/2017-11-consult-cryptocurrency

55. Søre, Gasværke Brabrand: Er resultatet af en kvanteberegning så bestemt af hvor sandsynlig man ønsker resultatet skal være?

Sådan kan vi godt nogle gange vælge at regne: en kort regning kan give det rigtige svar med en sandsynlighed, som vokser hvis man regner længere. Og for nogle problemer er det fint. Det er fx nemt at tjekke om et tal går op i et stort tal ved bare at dividere, så her kan man sagtens leve med at computeren kan regne forkert.

56. Jon Birkerød. Hvornår tror du kvante computeren er en realitet?

Vi ser allerede i dag nogle anvendelser som ikke kræver præcise regneoperationer. Den mere ambitiøse computer, som skal løse et rigtigt regnestykke er 15 år ude i fremtiden (og det er den også om 5 år).

57. Hvor langt er vi nået med kvantekryptering i dag? Martin - Auditorium 1

Meget langt. Det virker over tusind km afstande, fra satellitter til jorden, gennem sædvanlige optiske fibre og vi kan lave relæer og hele netværk. Vi mangler kun kunderne!

58. Hvad er energiforbruget i en kvantecomputeren, i forhold til en gennemsnitlig computer? Christian Rex får Egå Gymnasium

Det kan desværre blive meget højere. Men som en sideeffekt kan arbejdet med bits i mikroskopiske systemer godt på samme tid føre til nye klassiske computere med meget lavt energiforbrug.

59. Jon Birkerød. Hvornår tror du kvantecomputeren er hvermandseje?

Man gættede vildt forkert da man skulle besvare det spørgsmål for den klassiske computer. Jeg tror ikke du har en kvantecomputer før om 20. Du må gerne komme og grine af mig inden da hvis jeg tager fejl.

60. Simon, 12 år, Struer. Er det ikke en paradoks, his man skal bruge kvante fysik til at lave en kvante computer men man skal bruge en kvante computer til at løse kvante fysik så kan man jo ikke lave en kvante computer til at løse kvante fysik og så videre og så videre?

Måske, eller også er det netop meget logisk at det er sådan. En bekymring er om vi kan tjekke en kvantecomputers beregninger, når de nu er så svære at lave, men det er jo derfor vi også skal lave eksperimenter.

61. Hvornår/hvordan observerer vi helt præcist positionen af en partikel, hvad skal der til for det? Mvh. Thomas Herrmann, kanalhuset.

Det gør vi på forskellige måder. Fx ved at lade den ramme en fotografisk film, hvor den afsætter en prik. Eller ved at lyse på den og se det spredte lys.

62. Vil fremtidens kvantecomputer bruges som et orakel, dvs give et svar på ALT?! Vh Jakob Hillerød Bibliotek

Nej, jeg tror at den vil kunne løse bestemte opgaver mens andre vil være bedre til klassiske computere.

63. Bent fra Vinderup egnshistorisk arkiv. Hvornår er en kvantecomputer tilgængelig for den almindelige forbruger?

Man gættede vildt forkert da man skulle besvare det spørgsmål for den klassiske computer. Jeg tror ikke du har en kvantecomputer før om 20. Du må gerne komme og grine af mig inden da hvis jeg tager fejl.

64. Vagn / Horsens bibliotek For at udnytte kvante-computer kræver det at operationerne kan udføres i parallel. I mange software programmer er der afhængigheder hvor næste operation afhænger af den forrige og derfor ikke kan udføres parallelt. Har man en "løsning" på den udfordring ved fx at prøve at gætte resultatet af forrige beregning og så fremdeles og undervejs korrigere resultaterne?

Vi følger i dag stort set samme principper for beregninger som i en klassisk computer, men især fordi kvantebits har endelig levetid er vi meget opmærksomme på at få en regning afviklet effektivt i tid, og især få operationerne til at ske så mange som muligt på samme tid på forskellige bits. Der er helt nogle tricks man kan bruge, ligesom de også findes i klassiske computere, men jeg har ikke set systematiske undersøgelser af det

65. Susanne, Kvarterhuset, Amager. Hvordan påvirker jordens magnetfelt eksperimenter med kvantecomputere?

Det kan være problematisk, og det samme kan mobiltelefonsignaler, så de fleste eksperimenter foregår med flere lag afskærmning og ofte med magnetspoler så man selv kan lave et stærkt konstant felt, der kan undertrykke effekten af de andre.

66. Martin, Gjethuset, Frederiksværk. Hvem når først 200 bit? Google, Microsoft, IBM eller AU?

Jeg tror Google, eller også bliver det et af de kinesiske projekter.

Det skal dog med i historien at vi allerede har forsøg med næsten lige så mange atomer og ioner, så de kan også nå 200 snart.

67. Ændrer bølger sig i vacum? Kalle Søauditoriet

Bølgen udbreder sig i vakuum, så den er ikke konstant, medmindre man har et kraftfelt, der holder på den.

68. Har man endnu knækket stærk konventionel kryptering, og hvis ikke, hvor lang tid regner du så med at der går?

Med klassiske computere prøver man konstant at finde faktorerne i større og større tal, men koderne kan hele tiden gå endnu højere op, så jeg tror ikke RSA kan føle sig truet. Kvantecomputeren er endnu meget langt (15 år) fra at kunne bryde koder.

69. Hvornår har vi mon en "rigtig" 2048-bit kvantecomputer?

Svaret er altid 15 år. Og til den tid er jeg på pension, så du kan ikke komme og drille mig hvis jeg tager fejl.

70. Hvornår kommer kvantecomputere ud på markedet til privatpersoner? Mvh. Brage Sørensen, Aarhus Uni

Man gættede vildt forkert da man skulle besvare det spørgsmål for den klassiske computer. Jeg tror ikke du har en kvantecomputer før om 20. Du må gerne komme og grine af mig inden da hvis jeg tager fejl.

71. Hvordan programmere man en kvantecomputer? Skal man skrive maskinkode/assembler, eller kan man programmere den i traditionelle sprog, så som C Eller er der sprog, som er specifikke for kvantecomputere? Hvis man ikke kan programmere i C, ville det så være muligt at lave nye compilere, som kunne omdanne traditionelle sprog til "kvantekode" eller hvad end det ny hedder? Arthur, Søauditorierne

I lang tid har vi tænkt mest på fysikken og hver enkel bit operation som beskrevet med en helt specifik sekvens af fysiske instrukser. Microsoft og andre er nu ved at udvikle et programmeringssprog Q# på et højere og mere abstrakt niveau, som compileren derefter kan oversætte til fysiske instrukser. Sproget indeholder en række kommandoer som ikke giver mening den klassiske computer, fx at lave 0 om til 0 og 1. Se fx: https://docs.microsoft.com/en-us/quantum/?view=qsharp-preview

72. Spm fra Ben i Apollon biografen i Struer: Hvorfor kan man acceptere en nøjagtighed på mindre end 100% i kvantecomputeren, når man ikke kan i traditionelle computere?

Det kan man hvis man kan finde og rette fejlene. Ligesom du kan regne efter nogle gange undervejs og dermed sikre at du får det rigtige svar selvom du nogle gange regner forkert, vil kvantecomputeren kunne bruge flere fysiske kvantebits til at håndtere samme data kvantebit.

73. Hvordan undgås det at kvantecomputere bliver brugt til et andet og værre formål end de var tænkt- ligesom atomkraft i sin tid? Toni Moeskjær fra ørsted biograf

Det skal du som borger i et demokratisk samfund hjælpe med til. Jeg håber vi får en debat om hvad der er acceptabel brug, og at vi laver principper, som kvantecomputerens ejere skal rette sig efter.

74. Hej, er det muligt at bruge kvantetunnelering til at lave kvante bits og hvordan gøres det? Jeg tænker, at man kan lave noget modstand i en ligning eller lignende. Mvh Maria fra Birkerød bibliotek

Ja i høj grad. Det er en fin måde at styre atomerne i forslag med regninger med neutrale atomer der holdes fast af laserstråler, og den superledende kvantebit har en central komponent, en såkaldt Josephson junction, som elektronerne tunnelerer igennem.

Se de omtalte svingningstilstande (løsninger) for brint herunder