Hur fungerar en kvantdator egentligen

Exakt, en kvantdator byggs för att lösa ett specifikt problem. När den har utfört sina beräkningar och löst problemet så måste den byggas om för att lösa nästa problem.

Både till principen och användningen liknar de mer äldre tiders analogimaskiner. Dessa analoga datorer konstruerades för att lösa specifika problem (ekvationer) genom att utföra beräkningar på kontinuerliga variabler istället för de diskreta tillstånd av 0 eller 1 som en digital dator använder i sina beräkningar.

Av det jag läser förstår jag att en kvantdator är lite som att mata 1000 tals datorer med uppgiften som ska lösas. Sen är jag lite osäker på hur analogin fortsätter. Det kan vara att varje dator har liknande men
ändå något olika program/algoritm för att lösa uppgiften eller att varje dator matas med lite olika ingångsvärden. Resultatet blir i varje fall massor av svar, som visserligen följer ett mönster, men där man måste välja vilka svar, som är sannolika. Är det någorlunda så det fungerar?

En annan sak jag undrar om kvantdatorer är deras program. Kan man låta dom arbeta efter ett program eller liknande? Regler, algoritmer dom ska följa och som leder till svar. Kan det till och med finnas någonting motsvarande mjukvara för kvantdatorer?

Om just det kan det väl iaf påtalas att de första klassiska datorerna inte heller gick att programmera som man gör idag. När ENIAC skulle programmeras om så gjordes det genom att slå om en massa switchar och dra om en massa kablar. Men handlar inte detta mest om storlek? En dator där programmet är mjukvara måste ju för det första ha minnes och beräkningskapacitet för det.

En kvantdator ör INTE snabb.. den är till och med dålig. Det finns ett fåtal problem den kan lösa men man upptäcker fler. Varje beräkning kräver specialdesignade kort där man "tvingar fram" svaret, och det funkar bara för det svaret.

Man kan räkna sig fram på klassiskt sätt vad nästa primtal är. Men man kan med dessa special designade kort fuska med logik. Man har kommit på en metod som endast är sann för nästa primtal. Man vet inte talet än, men man kan med logik säga vissa saket om det. Då kan man få ett kvanttal som representerar alla möjliga tal, men logiken kan endast vara sann för nästa primtal. Så när man låter sannolikheterna kollapsa och kolla vilken bit man har i en viss possition så kommer det vara rätt.

Man har inte behövt räkna fram den, den bara "är" rätt eftersom logiken man byggde in i kortet tvingade fram det så.

Inte samma princip. Den datorn programmerade ju fysiskt om, men det var samma "koncept" i de olila programmen.
Varje typ av uträkning en kvantdator gör är unik och bygger på olilka principer med logiska genvägar som enbart funkar för sitt speciella fall.

Det är alltså helt olika processer, sakern du använder i ena beräkningen går inte använda i andra beräkningen för det är en helt annan värld som bygger på andra koncept.

Det.är nästan bättre att se varje beräkning som sin egen unika dator, med egna system och regler och eget programmerimgsspråk, och kvantdatorn är bara frameworket som kan köra dem. Vill du byta uppgift bytar du ut datorn i ditt framework till en som klarar nästa uppgift.

Vi vet redan idag att det absolut mesta kommer aldrig gå att köra i en kvantdator och det finns heller ingen poäng att göra det.

Betyder det att kretsarna måste vara olika för att lösa olika problem? Är själva Qbitarna likadana? ungefär, som att alla transistorer är ungefär likadana komponenter, eller i varje fall har samma uppbyggnad. Är det så man gör? Vi har en uppgift, som kräver att Q bitarna kopplas ihop enligt det här kortet eller schemat? Så gör man det och kyler ner kretsarna och kör. Ut kommer signaler, som rättas och tolkas.

Nej så fungerar det dock inte. Varje kvantbit kan programmeras som vilken dator som helst. Dvs du bygger inte om datorn för varje beräkning. Det finns redan kvantdatorer och gratis programvara för att köra dina beräkningar på tex en ibm kvantdator. Miljoner beräkningar av olika slag har körts på den.

Coolt, det visste jag inte. Så den kan programeras helt via mjukvara alltså? Du kör en simulering och sedan skriver du något nytt program som den ska beräkna. Utan något pill med hårdvaran därimellan?

ja precis. Man använder microvågspulser eller laser och påverkar datorns Qbits. tex kan varje bit sättas till 1 och 0 samtidigt så att mängder av kvantbitar sätts i superposition och sammanflätas kvantmekaniskt, vilket skapar ett system där hela minnesregistret samtidigt kan anta och bearbeta alla möjliga tillstånd. Detta möjliggör exponentiell parallellism för utvalda beräkningsproblem

Två qubits kan representera allt detta samtidigt osv
00
01
10
11

Tack för förklaringen men jag förstår ännu mindre hur själva mätningen går till i kvantdatorers register nu. Du nämner laser, alltså att den läser/skriver qbits superpositioner i registret? Hur då? Med hjälp av interferometri? Kör man sen en Fourier-transform på vågformen och får ut qbitarnas tillstånd på det sättet?

(Det här är vad man kan få ut av nätet om man inte kan kvantmekanik för fem öre.)

Hittills är det enda man kan använda kvantdatorer till någon variant av shors algoritm.
Den går ut på att hitta delgrupper i en ändlig grupp.

För faktoriseringsproblemet, faktorisera n, så har vi en grupp Z_n och det finns då möjliga delgrupper.
Kan vi hitta en delgrupp med d element så har vi en faktor i n. Det är elementär gruppteori.

Det lustiga är att det att det finns en unitär operator U på ett Hilbertrum som kan göra just den här moduloberäkningen. Det är detta man utnyttjar. Det sätts upp tillräckligt många qubits för att representera alla x i Z_n i en superposition. Man väljer en kandidat d för ordningen på en möjlig delgrupp. Sen får man ut egenvärden för U som visar om d är ordningen på en delgrupp.

Det verkar vara så att det största tal man lyckats faktorisera med det här är 21.

Naturligtvis kan man spekulera att teknologin går snabbt framåt samt att det dyker upp nya algoritmer som inte bygger på att hitta delmängder. Vem vet.

Det finns också överföring av ideerna runt det här till informationsproblemet för svarta hål.

Elefanten i rummet, om jag förstår det rätt, är att det inte går att tvinga qubitarna i superposition, så i princip behöver man göra ett exponentiellt antal körningar innan det osannolika inträffar att man får en körning där samtliga qubitar hamnar i superposition helt spontant. Och i det generella fallet blir svaret värdelöst vid alla körningar utom när detta osannolika inträffar, samtidigt som kvantdatorn inte själv kan svara på vilka qubitar som faktiskt hamnade i superposition. Vilket i sin tur begränsar kvantdatorns användning till att lösa problem där man kan använda en vanlig dator till att snabbt avgöra om svaret man fick från kvantdatorn är rätt eller fel, annars får man gissa i blindo.

Förstår jag Shors algoritm rätt så används faktiskt inte kvantdatorn till att göra själva primtalsfaktoriseringen, utan den används för att lösa ett delsteg som inte kräver att samtliga qubitar är i superposition, sedan används en vanlig dator för resten av beräkningen. Problemet är väl att primtalsfaktorisering tycks vara ett specialfall medan motsvarande knep inte tycks fungera för att exempelvis knäcka symmetriska krypton.

Men jag kanske har helt fel. Den som vet bättre får gärna berätta hur det egentligen fungerar i så fall.