Hva er en kvantedatamaskin? Betydning for virksomheter

01Hva er en kvantedatamaskin?

Alle datamaskinene vi bruker, fra telefonen til serveren i datasenteret, behandler informasjon i enheter som kalles biter. Hver bit er enten 0 eller 1, og beregninger gjøres ved at milliarder av biter endres raskt.

Kvanteberegning bruker derimot reglene i kvantemekanikken, som styrer oppførselen til subatomære partikler, til å regne. Her er grunnenheten qubiten, og en qubits oppførsel er grunnleggende annerledes enn en klassisk bit. Denne forskjellen kan åpne for beregninger i enkelte problemer som i praksis ikke kan løses med klassiske metoder.

La oss rette opp en viktig misforståelse med en gang: en kvantedatamaskin er ikke en raskere versjon av dagens datamaskin. Du trenger ikke en kvantedatamaskin for å lese e-post, åpne en nettside eller kjøre et regnskapsprogram, og det kommer du heller aldri til å gjøre.

02Hva er en qubit, og hvordan skiller den seg fra en bit?

For å forstå hva en qubit er, holder det å kjenne tre begreper. De er dype temaer fysisk sett, men logikken kan forklares på et enkelt språk.

Superposisjon

En klassisk bit er enten 0 eller 1. En qubit kan derimot være i en tilstand der 0 og 1 finnes samtidig med bestemte sannsynligheter, helt til den måles. Dette kalles superposisjon. Når målingen er gjort, faller qubiten ned på ett enkelt resultat, 0 eller 1.

Sammenfiltring

To eller flere qubiter kan knyttes sammen slik at tilstanden til den ene ikke kan beskrives uavhengig av den andres. Denne sammenfiltringen gjør at qubitene sammen kan representere et langt rikere tilstandsrom.

Interferens

Kvantealgoritmer ordner sannsynlighetene slik at de forsterker eller slukker hverandre som bølger. Sannsynligheten for det riktige svaret økes, og for de gale svarene reduseres. Kraften til en kvantedatamaskin kommer ikke av at den prøver hver mulighet for seg, men av dette interferensmønsteret.

03Hva brukes en kvantedatamaskin til?

Det ærlige svaret på hva en kvantedatamaskin brukes til: den gir fordeler i problemer med en bestemt matematisk struktur. Områdene forskerne fokuserer mest på er:

• Simulering av materialer og kjemi: Molekylers oppførsel er i sin natur kvantemekanisk; det er et lovende område i forskning på nye legemidler, batterier og katalysatorer.
• Optimalisering: Problemer med mange variabler, som logistikkruter, produksjonsplanlegging og porteføljefordeling, undersøkes; den praktiske fordelen er foreløpig på forskningsstadiet.
• Knekking av kryptering: Shors algoritme kan, på en stor nok og feilfri kvantedatamaskin, knekke dagens utbredte offentlig-nøkkel-kryptering.
• Søkeproblemer: Grovers algoritme gir en kvadratrotsrask hastighetsøkning i ustrukturerte søk.
• Maskinlæring: Det forskes på hvordan kvantemetoder kan bidra til enkelte læringsproblemer, men resultatene er ennå i en tidlig fase.

04Hva sier den realistiske tidslinjen?

Dagens kvantedatamaskiner fungerer, men har alvorlige begrensninger. Qubiter forstyrres av den minste påvirkning fra omgivelsene; dette kalles dekoherens. Mange systemer må holdes ved temperaturer nær det absolutte nullpunktet, og beregningene har en feilmargin.

Derfor er bransjens egentlige mål å lage feiltolerante kvantedatamaskiner som retter feil av seg selv. For det må mange fysiske qubiter slås sammen til én pålitelig logisk qubit. Eksperter har ulike anslag på når denne terskelen nås; det er umulig å oppgi en sikker dato.

Det realistiske bildet er dette: kvanteberegning vil de neste årene gå fra forskningslaboratorier mot industrien, og de første konkrete fordelene vil sannsynligvis vise seg innen kjemi og materialvitenskap. Det er ikke ventet at den på kort sikt direkte vil endre den daglige driften i en liten eller mellomstor bedrift.

05Kvantedatamaskiner og kryptering

Den mest konkrete siden av kvantedatamaskiner for bedrifter er sikkerhet. Sikre forbindelser på internett, digitale signaturer og mange autentiseringsmetoder bygger på offentlig-nøkkel-kryptering som RSA og elliptiske kurver. En kvantedatamaskin som er kraftig nok kan knekke disse metodene.

Dette er ikke mulig ennå, men det finnes steg som bør tas i dag. Det foreligger nemlig en risiko som kalles høst nå, dekrypter senere: en angriper kan lagre kryptert data i dag og vente med å dekryptere den til kvantemulighetene finnes. For data som må forbli hemmelige i mange år er dette alvorlig.

Metodene som utvikles mot dette kalles post-kvantekryptografi. Det amerikanske standardiseringsinstituttet NIST (National Institute of Standards and Technology) har standardisert nye algoritmer på området; detaljene finner du på NISTs side om post-kvantekryptografi. Vi har tatt for oss de tekniske detaljene i artikkelen post-kvantekryptografi.

06Hvordan får man tilgang til kvanteberegning?

Å kjøpe en kvantedatamaskin er verken nødvendig eller praktisk for en bedrift. Store skyleverandører og forskningsselskaper tilbyr tilgang til kvantemaskinvare via skyen. Utviklere kan skrive små kvantekretser med åpen kildekode-biblioteker og kjøre dem på ekte maskinvare eller i en simulator.

Denne tilgangsmodellen viser at kvanteberegning også vil bli brukt som en tjeneste, slik som edge computing og skyen. For bedrifter betyr det: i stedet for å bygge kapasiteten selv, vil du leie den når du trenger den; den egentlige verdien ligger i å definere problemet riktig.

Som tabellen viser, er de to teknologiene ikke konkurrenter, men utfyller hverandre. I et typisk fremtidig scenario vil klassiske systemer utføre det meste av arbeidet, og bare egnede delproblemer sendes til kvanteprosessoren, på samme måte som grafikkprosessorer tar seg av enkelte beregninger i dag.

07Hva bør bedrifter gjøre i dag?

Forberedelse til kvantetiden starter med dagens sikkerhet og infrastrukturhygiene. Det er ingen grunn til panikk, men oppgavelisten kan oppsummeres slik:

1. Avgjør hvilke data som må holdes hemmelige i mange år.
2. Spør om programvarene og leverandørene dine holder krypteringsmetodene sine oppdatert.
3. Gjør oppdateringer av server, SSL og biblioteker jevnlig; nye algoritmer kommer med disse oppdateringene.
4. Foretrekk en fleksibel programvarearkitektur som lett lar deg bytte krypteringsmetode.
5. Glem ikke dagens virkelige trusler, for eksempel løsepengeangrep; for de fleste bedrifter er det fortsatt den egentlige risikoen.

08Hvordan ser Aurora på dette temaet?

Som Aurora Yazılım har vi som prinsipp å anbefale bedrifter teknologi som er nyttig i dag, uten å overdrive fremtiden. Slik vi forklarer på siden om oss, har vi i årevis utviklet nettsider, nettbutikker og bransjeprogramvare, og vi lar hver ny teknologi gå gjennom dette filteret.

Kvante er i dag ikke et investeringstema for de fleste bedrifter, men et tema for bevissthet. Det som bør gjøres i dag er en oppdatert og sikker nettbutikkplattform, en server med jevnlig vedlikehold og en nettside som følges opp med hastighet og ytelse. Dagens virkelige trusler har vi forklart i guiden vår om løsepengevirus.

Hvis du vil bygge en oppdatert og bærekraftig arkitektur for bedriftens programvarebehov, kan du se på våre bransjespesifikke programvareløsninger eller rådføre deg med teamet vårt via kontaktsiden.