Prosessoren til D-Wave Two-systemet. Google og Nasa har har en slik stående og nå vil de finne ut hvordan den skal brukes. (Bilde: D-Wave)

D-WAVE

Googles mystiske supermaskin skal utnytte kvantemekanikk

En bit er enten 1 eller 0. En kvantebit kan være 1 og 0 på samme tid.

Schrödingers katt

  • En katt plasseres i en lukket kasse. I forbindelse med kassen er det et apparat med en radioaktiv kilde som med en sannsynlighet på 50 prosent kommer til å sende ut en partikkel i løpet av en time. Partikkelen utløser i så fall en mekanisme som sender giftgass inn til katten slik at den dør.
  • Teorien om kvantemekanikk sier at partikkelen både eksisterer og ikke eksisterer på en gang; den er i en såkalt superposisjon. Dette skulle i så fall bety at katten teoretisk sett er både levende og død. Men ved å åpne kassen kan vi bare observere en av de to tilstandene, ikke begge samtidig. Det er ennå ikke observert noen katt (eller noe på den størrelsen) i en slik superposisjon, at den er død og levende på en gang.
  • Schrödinger mente ikke at det skulle finnes en katt som var både død og levende; hans innsigelse mot kvantemekanikken var at den ikke kunne forutsi når den radioaktive superposisjonen ville bryte sammen og partikkelen ville gå over til å være enten eksisterende eller ikke-eksisterende.

Kilde: Wikipedia

Vanlige datamaskiner utfører matematiske operasjoner med magnetiske informasjonsbiter som enten har verdien "av" eller "på", 1 eller 0. At dette kan resultere i avansert programvare, video, og interaktive dataspill i 3D er innfløkt nok å forstå fullt ut. Men det er i det minste et håndgripelig faktum.

Kvantedatamaskiner benytter seg av en type databiter som kalles qubits, kvantebits.

En kvantebit eksisterer ikke som "enten eller", men kan være både 1 og 0 på samme tid.

Prosessoren skal altså benytte seg av prinsippet om superposisjon som kanskje oftest blir referert til gjennom tankeeksperimentet Schrödingers katt.

Denne paradoksale forskjellen fra vanlig datautregning skal kunne gjøre det mulig å foreta utregninger i utenkelig høye hastigheter sammenlignet med det vi kjenner til i dagens standard, skal vi tro kvantedatamaskinprodusenten D-Wave.

I fjor gikk Google inn i et samarbeid med NASA der de ervervet seg det som kanskje er en av verdens kraftigste datamaskiner per dags dato.

Les også: Norske fysikere vil gjøre PC-oppstarten lynkjapp

En kvantemaskin, og ikke

Maskinen heter D-Wave Two og er en 512 qubits kvantedatamaskin. Den første av sitt slag, da forløperen D-Wave One viste seg å ikke være en fullverdig kvantedatamaskin og gikk over til å bli kalt en "kvanteoptimaliserer".

Denne gangen skal de for alvor ha laget en maskin som kan gjøre ekte kvanteutregninger, og nå er Google og Nasa overbevist.

Søkemotorgiganten og romfartsetaten sier at de vil bruke den til å løse flere av universets gåter, og optimalisere sine egne løsninger.

Men de vet ikke helt hvilke spørsmål de vil stille den. Ennå.

En ting kan være i to tilstander på samme tid. En konvensjonell datamaskin er nødt til å gå gjennom hver eneste mulig løsning, én etter én. Det kvantedatamaskinen gjør, er å se alle løsningene på en gang så den kan velge ut den beste, sier Dr. Suzanne Gildert som er eksperimentell fysiker hos D-Wave.

Les også: Disse fagene stryker teknologene i

Kvanteprosessoren krever høyt vakumtrykk og temperaturer så og si på det absolutte nullpunkt for å ikke overopphetes. D-Wave

Nytt og rart

Clive Thompson, artikkelforfatteren bak en reflekterende artikkel i Wired om kvantekalkulatorene fra D-Wave setter spørsmålstegn ved hvorvidt dette virkelig er kvantemaskiner.

– Kvanteutregning er så nytt og så rart at ingen er helt sikker på om D-Wave er en kvantedatamaskin eller bare en veldig spesiell ordinær maskin, skriver Thompson.

Å bevise at D-Wave sine datamaskiner kan utnytte superposisjon er ikke så lett.

Men Google-Nasa-samarbeidet er ikke snaue når det kommer til å skape forventninger om hva kvanteutregning kan bety.

«Lenge har folk trodd at effektene (ved kvantemekanikk) bare eksisterte i det mikroskopiske domenet, som med atomer, elektroner, fotoner. Men i virkeligheten er det teorien om universet vårt,» blir det sagt i en videoen nedenfor.

Nasa og Google peker på ting som sorte hull, å beskytte planeten fra asteroider, Heisenbergs usikkerhetsrelasjon, kunstig intelligens, maskinlæring og tidsreiser for å nevne et lite utvalg av spredte ambisiøse mål de ønsker å oppnå med kvantedatabehandling.

Les også: Kvantefysikk for dummies

 

Isolert Niob

Konvensjonelle prosessorer er i stor grad metaller gravert inn i silisium. I D-Wave, består prosessoren av ringer av metallet Niob omgitt av komponenter som skal beskytte prosessoren fra varme, vibrasjoner og elektromagnetisk støy.

Kjøleanretningen kalles "The Fridge", kjøleskapet, et tilnavn som mildt sagt kan sies å være en underdrivelse.

Prosessoren kjøles ned i "kjøleskapet" til en temperatur på -273 grader celsius, bare 0,15 grader varmere det absolutte nullpunkt.

Kabinettet skjermer også prosessoren godt fra omverdenen ute.

Lufttrykket skal ifølge D-Wave være 10 milliarder ganger lavere enn det atmosfæriske trykket på jorden.

D-Wave skryter også av et strømkonsum på 15,5kW der en konvensjonell superkomputer vil bruke 2780,1kW.

Les også: Leder strøm på utsiden, men har et isolerende indre

Se stifteren Dr. Geordie Rose forklare fordelene med kvantedatabehandling framfor tradisjonell databehandling:

 

Optimalisering

Kvantemekanikk er en hjernevrider og er gjenstand for mange humoristiske "memes", spesielt rundt Schrödingers katt.
Kvantemekanikk er en hjernevrider og er gjenstand for mange humoristiske memebase.com
Optimalisering er en ressurskrevende vitenskap. Læren om å gjøre noe så optimalt som mulig er noe en enkeltstående konvensjonell datamaskin vil ha store vanskeligheter med å regne ut i store kvanta.

Google er i dag en av de store mestere innen optimalisering blant annet hjelp av søkemotoren deres som er som en diger opplæringssentral for kunstig intelligens.

Med kvanteutregning, mener D-Wave at dette kan tenkes å gjøres mye fortere enn hva Googles er i stand til i dag med sine servere og derfor vil kvantedatabehandlingen kunne være uhyre verdifull for både Google og Nasa i å søke kunnskap om både mennesker og verdensrom.

Les også:

Ny type plast lager strøm av temperaturforskjeller

Nå skal alt NRK-innhold gjøres digitalt og søkbart

Vil kurere kreft med partikkelstråler i Norge