Selv kvantedatamaskiner kan dra nytte av selvforbedring

Da Albert Einstein først beskrev kvanteforvikling i 1935, brukte han begreper som «skummel» på grunn av dens merkelige oppførsel. Det er høyst usannsynlig at han noen gang så for seg at disse merkelige partiklene skulle bli ryggraden i en kvantedatamaskinrevolusjon.

På den tiden var kvantefysikk ulikt noe verden hadde sett før, og det er fortsatt en banebrytende vitenskap som har potensial til å omforme verden slik du kjenner den. I dag fortsetter kvantedatamaskiner å flytte teknologiens grenser og er en avgjørende komponent i å fremme verdens forståelse av kvanteforviklinger.

Hva er kvantedatamaskiner og hvordan fungerer de?

Mange ser på kvanteenheter som fremtiden for høyhastighets databehandling. Disse kraftige maskinene kan utkonkurrere selv den mest avanserte superdatamaskinen i størrelsesordener. Deres forbedrede ytelse og evner kommer fra det faktum at disse enhetene er avhengige av kvantebiter kalt qubits i stedet for tradisjonelle databiter.

Qubits gir langt flere databehandlingsmuligheter fordi de utnytter den unike oppførselen til kvantefysikk. Handlinger som superposisjon, sammenfiltring og kvanteinterferens kan skape datamaskiner med langt større muligheter enn tradisjonelle systemer.

Forstå kvanteforviklinger i moderne databehandling

Imponerende nok kan kvantedatamaskiner gi så høy ytelse på grunn av sammensetningen av qubits og kvanteforviklinger. Kvanteforviklinger refererer til et unikt fenomen der to partikler forblir sammenkoblet, til tross for hvor langt de er fra hverandre.

Selv lysår i avstand vil ikke skille kvantetilkoblede qubits. Det er verdt å merke seg at partikler som er fastlåst i kvantesammenfiltring ikke kan beskrives uavhengig, ettersom tilstanden deres deles av alle partikler som er låst.

Hvordan oppdages kvanteforviklinger i dag? Gjeldende metoder forklart

En av de største sperringene for å gjøre kvantedatamaskiner mer tilgjengelige er at det kan være ekstremt vanskelig å oppdage kvanteforviklinger. Den nåværende metoden benytter Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) tilnærmingen, som ble introdusert i 1969. Denne tilnærmingen kan oppdage sammenfiltring ved å finne inkonsistens mellom kvanteprediksjoner og lokal realisme.

Siste gjennombrudd innen kvanteberegning: 2025-oppdatering

CHSH-metoden har vært den foretrukne tilnærmingen for kvantedataingeniører i årevis. Nyere AI-fremskritt har imidlertid gjort adaptive maskinlæringsbaserte metoder for sammenfiltringsdeteksjon mer populære. Ingeniører har skapt kraftige nevrale nettverk som bedre kan overvåke og klassifisere kvantetilstander mellom sammenfiltrede og separerbare.

Begrensninger for dagens kvantedatamaskiner og hvordan forskere overvinner dem

Et av hovedproblemene med dagens mest avanserte kvantedatamaskiner går tilbake til deteksjonen av sammenfiltrede partikler. Disse systemene, som CHSH, kan aldri oppnå en nøyaktig måling ettersom observasjonsmetoden har vist seg å forstyrre og ødelegge noen kvantetilstander.

Ironisk nok kan kvanteforviklinger koble sammen partikler på tvers av galakser, men er i seg selv veldig skjør. Når CHSH-verktøy brukes til å ta målinger av en kvantetilstand og lokale målinger på romlig separerbare delsystemer, forårsaker det utilsiktet kollaps av den globale bølgefunksjonen over store deler av systemet.

Ny studie: Hvordan kvantedatamaskiner kan oppdage sin egen forvikling

Studien "Oppdage og beskytte sammenfiltring gjennom ikke-lokalitet, variasjonsforviklingsvitne og ikke-lokale målinger, "¹  publisert i Physical Review Letters, fremhever en bedre måte å oppdage når kvanteforviklinger oppnås. I stedet for å stole på en AI-algoritme for å utføre oppgaven, introduserte ingeniører fra Tohoku University og St. Paul's School i London et kvantedrevet alternativ.

Dette er den første kvantealgoritmen som er i stand til å oppdage sammenfiltring uten å forårsake skade. Ingeniørene opplyser at deres nye ikke-lokale målerammeverk, kalt variational entanglement witness (VEW), gjør det mulig for kvantedatamaskiner å utføre kontroller med hensyn til deres kvantetilstand.

Hva er Variational Entanglement Witness (VEW) i kvanteberegning?

Protokollen for variasjonsforviklingsvitne begynner med å analysere hver tilstand ved å bruke den proprietære kvantealgoritmen. Dette nye systemet tar hensyn til data samlet fra en parametrisert vitneoperatør og kombinerer det med eventuelle CHSH-ulikheter.

Denne tilnærmingen lar systemet separere partiklene i to kategorier, sammenfiltrede og separerbare. I motsetning til tidligere tilnærminger, tillater denne metoden optimalisert sammenfiltringsdeteksjon uten å forårsake noen degradering av sammenfiltrede partikler i observasjonsområdet.

Kilde – Tohoku University

Testing av kvantedatamaskiner: Hvordan VEW bevarer entanglement

For å teste teorien deres begynte ingeniørene med å superledende brikker. Målet med denne handlingen var å simulere den ikke-lokale målingen og vurdere tilstanden etter måling av kvante-qubitene for å bekrefte bevaringen av sammenfiltring i de optimaliserte områdene. Testingen inkluderte både laboratorietester og datasimuleringer.

Ingeniørene konkluderte med at deres nye metode forbedrer påliteligheten til sammenfiltringsdeteksjon over hele linja. Den overgikk pålitelig tidligere metoder, inkludert AI-assisterte alternativer, og optimerer effektiviteten ved å skille mellom separerbare og sammenfiltrede tilstander.

Testen viser at metoden kan ta detaljerte målinger uten å forårsake kollaps av bølgefunksjoner. Som sådan vil det være avgjørende i fremtidige teknologiske funn og forskning der overvåking av kvantetilstanden til disse partiklene er avgjørende for suksess.

Hvorfor VEW betyr noe: Fordeler for fremtiden for kvanteteknologi

Denne kvantedatamaskinstudien bringer flere fordeler til markedet. For det første lar den ingeniører og forskere måle og vurdere sammenfiltringsegenskaper nøyaktig uten å ødelegge kvantebølgefunksjonen. Følgelig er den langt mer pålitelig og nøyaktig enn noen av dagens alternativer.

Real-World-applikasjoner av kvantedatamaskiner og hva som er neste

Det er mange bruksområder for denne teknologien. For det første vil kvantedatabehandling integrere denne teknologien for å forbedre tilbud og muligheter. For tiden er kvantedatamaskiner vanvittig dyre på grunn av deres presisjon og vedlikeholdskostnader.

For eksempel krever kvantedatamaskiner et svært intenst kjølesystem for å fungere. Disse systemene kan optimaliseres ved hjelp av dataene fra denne studien, ettersom den nye deteksjonsmetoden vil gjøre det mulig for ingeniører å bedre spore systemets effekter på sammenfiltring.

Kvantekommunikasjon: Sanntidsforbindelser med sammenfiltrede partikler

Kvantekommunikasjonssektoren har potensial til å revolusjonere kommunikasjon. Siden kvantepartikler i en sammenfiltret tilstand er koblet sammen, utgjør de en perfekt kommunikasjonsenhet. I fremtiden vil kvantekommunikasjon tillate ingeniører og romreisende å kommunisere i nesten sanntid, uavhengig av avstand og gjennom enhver form for naturlig forstyrrelse.

Quantum Cryptography: The Future of Unbreakable Security

Kvantekryptografi bruker kvantefysikk for å fullføre kryptografiske krav. Kraften til disse avanserte systemene har muligheten til å gjøre gjeldende krypteringsmetoder foreldet. For tiden ser ingeniører mot kvanteberegningsalternativer for både kryptering og cracking av gjeldende metoder for kryptografi.

Trusselen kvantedatamaskiner utgjør for tradisjonelle krypteringssystemer er veldig reell. Allerede har det vært kryptovalutaer som er spesifikt bygget med kvantebeskyttelse inkludert i kodingen deres som en måte å fremtidssikre myntene fra nye kvantehackingmetoder.

Quantum Computers tidslinje

Det er fortsatt mye arbeid som må gjøres for å integrere denne nye kvanteteknologien i dagens avanserte datamaskiner. Det kan ta over 10 år før du får tak i en rimelig personlig kvantedatamaskin.

Til tross for ventetiden på kommersielle applikasjoner, kan du se denne teknologien bli tatt i bruk umiddelbart av regjeringer, militære og andre som ønsker å fremme deres forståelse av kvanteforviklinger.

Møt forskerne bak Quantum Entanglement Breakthrough

Kvanteberegningsstudien ble presentert av en assisterende professor ved Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences og Graduate School of Engineering ved Tohoku University, Le Bin Ho. Han ble assistert av Haruki Matsunaga og andre ingeniører fra Tohoku University og St. Paul's School i London.

Fremtidsplaner

Nå som teamet har bevist effektiviteten til algoritmen deres, er deres neste mål å forbedre ytelsen. Imponerende nok har forskerne allerede begynt å finjustere algoritmen for å forbedre funksjonene for sammenfiltringsdeteksjon.

Toppbedrifter som fremmer kvantedatabehandling i 2025

Kappløpet om å lage rimelige og pålitelige kvantedatamaskiner er i gang. Store firmaer som Microsoft og NVIDIA dominerer denne sektoren og har brukt millioner på å lage disse avanserte dataenhetene.

Det er verdt å merke seg at teknologiens avanserte natur uunngåelig åpner døren for at mindre bedrifter kan bli en fremadstormende tilstedeværelse i markedet. Her er et slikt firma som har fått mye oppmerksomhet i det siste.

IonQ Inc

IonQ Inc. (IONQ ) kom inn på markedet i 2015. Det er verdt å merke seg at selskapets grunnleggere, Christopher Monroe og Jungsang Kim, hadde jobbet innen kvantemekanikk i nesten 25 år. Denne erfaringen gjorde at selskapet raskt kunne gå inn i sektoren og bli en av de ledende forskerne innen kvantedatabehandling i verden.

I dag har den Maryland-baserte kvantedatamaskinprodusenten virksomhet og klientell over hele verden. De har inngått kontrakter på høyt nivå, inkludert en kontrakt på 54.5 millioner dollar med US Air Force Research Lab. Avtalen pålegger IonQ å lage infrastruktur for fremtidige kvantesystemer.

Siden lanseringen har IonQ sikret seg flere investorer og bransjefolk på høyt nivå. Spesielt i 2019 ble Peter Chapman fra Amazon Prime utnevnt til administrerende direktør. Siden den gang har firmaet inngått strategiske partnerskap med Azure, Google Cloud og Microsoft, for å nevne noen.

De som er ute etter en pålitelig og velprøvd kvantedatamaskinaksje bør undersøke IONQ nærmere. Firmaets merittliste og fortsatte investeringer i nettverket og produktene har bidratt til at de har fått en sterk «kjøp»-vurdering fra de fleste analytikere.

Siste om IonQ Inc.

Hvorfor Quantum Computing Revolution endrer alt

Innføringen av kvantedatamaskiner er et stort skritt for menneskeheten. Det vil åpne døren for mer avanserte AI-systemer og tillate ingeniører å utføre simuleringer og forskning i en helt ny skala.

Alle disse faktorene gjør denne studien til en game changer. Som sådan fortjener teamet bak denne forskningen en honnør for deres innsats og harde arbeid. Det legger grunnlaget for den neste beregningsrevolusjonen.

Lær om andre kule datamaskingjennombrudd nå.

Referert til studier:

^{1. Matsunaga, H., & Ho, LB (2025). Oppdage og beskytte sammenfiltring gjennom ikke-lokalitet, variasjonsforviklingsvitne og ikke-lokale målinger. Physical Review Research, 7(1), 013239. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013239}