Forskare bygger kvantdator med fem atomer

En fungerande kvantdator innebär ett sätt att snabbt kunna köra flera beräkningar samtidigt, och att kiseltransistorer kan ersättas med ett fåtal atomer – det är ett koncept som MIT nu demonstrerar praktiskt med sin nya experimentella dator, som kan beräkna primtalsfaktorer med hjälp av endast fem atomer.

I en rapport från MIT presenterar en grupp forskare en ny experimentell kvantdator som markerar ett viktigt steg mot att kunna använda kvantberäkningar för exempelvis kryptering. Till skillnad från en vanlig dator, som använder elektriska transistorer för att representera värdena 1 eller 0, så använder en kvantdator atomer som var och en kan representera två värden samtidigt. Där en vanlig elektrisk bit kan vara antingen 1 eller 0 kan en kvantbit, eller qbit, vara 10, 11, 01 eller 00.

Löser problem med atomer och lasrar

Sådan är åtminstone teorin, men fungerande kvantdatorer innebär en avsevärd ingenjörströskel att ta sig över. MIT:s nya kvantdator använder totalt fem atomer – fyra stycken som används för att utföra beräkningar och en femte som används för att presentera resultatet. Forskarna använde en laser för att slå bort elektroner från atomerna så att de blir positivit elektriskt laddade joner – därefter användes ett elektriskt fält för att “låsa fast” dem, så att det gick att hålla reda på enstaka joner med mellanrum på bara ett fåtal mikrometer.

Just den här kvantdatorn används för att lösa en specifik typ av problem, nämligen primtalsfaktorisering. Alla heltal kan representeras som multiplar av olika primtal (tal som endast är delbara med 1 eller sig själva) – till exempel har talet 15 två heltalsfaktorer, 3 och 5, då både 3 och 5 är primtal och 3 x 5 = 15. Just 15 är ett enkelt exempel, men den här typen av problem blir snabbt svårare med större tal. När det handlar om siffror riktigt många siffror siffror börjar traditionella datorer gå på knäna – därför är det vanligt att primtalsfaktorisering används vid kryptering.

Kan användas för att knäcka kryptering

Kvantdatorn på MIT är skräddarsydd för just den här sortens beräkningar – mer specifikt kan just den här datorn bara räkna ut primtalsfaktorerna för talet 15. Men systemet är skalbart, och systemet visar att principen och algoritmen fungerar – genom att lägga till fler atomer än de fem som används i nuläget kan datorn användas för att lösa betydligt mer avancerade problem.

Primtalsfaktorisering används bland annat flitigt inom kryptering, vilket är det område där de första “riktiga” kvantdatorerna kan komma att användas. Inte minst kan de bli en kraft att räkna med för att avkryptera information som låsts med klassiska datorer med hjälp av primtalsfaktorisering – det innebär att många nuvarande krypteringstekniker blir mindre säkra att använda.

För att en dator som den på MIT ska bli användbar på riktigt behövs betydligt fler atomer än fem och ett mer avancerat system med lasrar, men experimentet demonstrerar att tekniken fungerar, så större och kraftfullare system ligger förmodligen inte långt borta.