Google og NASA gikk inn i et spleiselag om å erverve seg det som påstås å være en kvantedatamaskin. Men det er sådd mye tvil om hvorvidt dette virkelig er kvantedatamaskiner. (Bilde: D-Wave)

D-WAVE

Er det så vanskelig å bevise at kvantedata fungerer?

Kvanteforsker fra NTNU svarer.

NASA og Google gikk for en tid siden til innkjøp av den omdiskuterte datamaskinen D-Wave. Den påstås å være en ekte kvantedatamaskin, men flere har uttrykt mistro.

For et par uker siden konkluderte det vitenskapelige tidsskriftet Science med at kvantedatamaskinen D-Wave ikke er noe raskere enn en vanlig binær datamaskin, uavhengig om den kalkulerer kvantebits eller vanlige bits.

Teknisk Ukeblad har forhørt seg med ledende kvanteforsker Justin Wells fra NTNU ved Institutt for fysikk og hans samarbeidspartnere Federico Mazzola ved NTNU og Dr. Jill Miwa fra Aarhus Universitet.

Under korrespondansen med Wells og hans forskningsgruppe, kommer det fram at testen kan ha besvart feil spørsmål.

Les også: Googles mystiske supermaskin skal utnytte kvantemekanikk

Omreisende salgsmann

– Hvorfor er det så vanskelig å bevise at en maskin er en kvantedatamaskin eller ikke?

– Det er i prinsippet ikke så vanskelig. Det er visse typer "parallelle" problemer som en kvantedatamaskin burde være svært mye bedre på enn konvensjonelle datamaskiner. Det berømte eksempelet er "Den omreisende salgsmann", som stiller det tilsynelatende enkle spørsmålet om den enkleste ruten en selger kan foreta ved besøk til flere byer, sier Wells til Teknisk Ukeblad.

Les også: Norske fysikere vil gjøre PC-oppstarten lynkjapp

Ruter versus byer

Wells forklarer at når antall byer øker, blir problemet raskt vanskeligere å løse for en konvensjonell datamaskin, men det forblir relativt enkelt for en kvantedatamaskin.

– Hvis du stiller spørsmålet om hva som er beste rute for en selger som skal besøke fem byer, så er det 12 mulige ruter å vurdere. Hvis du stiller det samme spørsmålet for 10 byer, øker antallet mulige ruter til 181.440. For en konvensjonell datamaskin, skalerer utregningstiden lineært med antallet ruter. For eksempel, vil problemet med 10 byer ta 15.000 ganger lenger tid å løse enn problemet med 5 byer, sier Wells.

Når problemet skal serveres til en kvantedatamaskin, vil ikke utregningstiden skaleres i forhold til antall ruter, men den vil skaleres lineært etter antall byer, forklarer Wells.

– For en kvantedatamaskin blir derfor problemet med 10 byer bare dobbelt så vanskelig å løse i forhold til 5 byer. Ved å stille slike stadig mer kompliserte optimaliseringsspørsmål, bør det være enkelt å påvise om utregningstiden øker i henhold til antall ruter eller antall byer, sier Wells.

Les også: Kvantefysikk for dummies

Kvantechip tilhørende kvantedatamaskinen D-Wave 2 som blant andre Google og NASA er i besittelse av. D-Wave

Qubits

Konvensjonelle datamaskiner har sitt grunnlag i magnetiske databits som enten har verdien 1 eller 0.

Det spesielle med kvantedatamaskiner er at de har noe som kalles qubits, kvantebits, i bunn. Hver qubit kan være både 1 og 0 på samme tid.

Derfor skal en kvantedatamaskin kunne løse et problem med mange mulige kombinasjoner langt raskere enn en datamaskin som benytter seg av binærkoder fordi maskinen med binærkoder må gå gjennom hver kombinasjon én etter én, mens en kvanteutregner kan gå gjennom svært mange flere slike kombinasjoner på en gang.

Les også: Tesla gir fra seg alle sine patenter

Hvordan stille spørsmålet?

Wells forklarer til Teknisk Ukeblad at det finnes et mer fundamentalt problem som kan gjøre kvanteutregningen vanskelig å bevise for D-Wave:

Hva hvis det ikke er mulig å stille datamaskinen dette spørsmålet rett fram? Hva om grensesnittet ikke er optimalt for å stille slike spørsmål?

– Konvensjonelle datamaskiner har ineffektiviteter i programvaren og maskinvaren som gjør slike problemer unødvendig langsomme. For kvantedatamaskiner er det enda verre, fordi prinsippene er så nye at vi egentlig ikke vet hvordan vi skal stille spørsmålene for å få den beste bruken ut av prosessoren.

Les også: Disse fagene stryker teknologene i

Hva vet de selv?

– Vet produsenten selv om de har laget en kvantedatamaskin?

– Jeg syns det er et godt spørsmål. De gir i hvert fall ikke en klar forklaring eller demonstrasjon av prinsippet, og dette gjør at folk blir veldig mistenksomme. Hvis de vet dette selv, hvorfor kan de ikke gi allmenheten en klar demonstrasjon? På den andre siden er teknologien veldig ny og det er mange ukjente faktorer. Kanskje er det rimelig at de oppdager mer om hvordan det fungerer mens veien blir til, sier Wells.

Microsoft Norge-sjefen: – Dette kan vi leve av etter oljen

Feil spørsmål?

– Kan det tenkes at testen ikke var rettferdig?

– Ja. Dette handler ikke om "store mengder data", men snarere om typen problem. Et godt eksempel er at kvantedatamaskiner skal være ideelle for optimalisering, som i hvordan gjøre noe på best mulig måte når mange variabler kan endres på, slik som den omreisende salgsmann. Kvantedatamaskiner har ikke noen særskilt fordel når det kommer til tradisjonelle "lineære" problemer. Det vil derfor avhenge av testen, sier Wells.

Wells peker på værvarsling og kodeknekking som problemløsningsområder der kvantedatamaskiner vil være langt overlegne tradisjonelle datamaskiner slik vi kjenner dem.

Påstanden fra D-Waves side er at testen var for enkel til at den ville kunne vise sitt store fortrinn over binærmaskiner.

– Det er en gammel diskusjon om at, hvis du bygger en datamaskin til å løse en spesiell type problem, kan den være overlegen en maskin som ikke er bygd for det spesifikke problemet. Det er altså mulig å bygge en konvensjonell datamaskin som kan løse "Den omreisende salgsmann"-problemet raskere en en hyllevare-maskin. Dette gjør det vanskelig å gjennomføre en rettferdig test.

– På den andre side er det også ikke så vanskelig siden du kan se hvordan utregningstiden endrer seg ettersom kompleksiteten øker, avslutter Wells.

Les også:

Slik ser NASA for seg å oppnå overlyshastighet

Nordmann får Kavliprisen for nanovitenskap

Google sliter med å rekruttere nordmenn