Till och med kvantdatorer kan dra nytta av självförbättring

När Albert Einstein först beskrev kvantintrassling år 1935 använde han termer som ”spöklik” på grund av dess märkliga beteende. Det är högst osannolikt att han någonsin föreställde sig att dessa märkliga partiklar skulle bli ryggraden i en kvantdatorrevolution.

På den tiden var kvantfysik något helt annat än vad världen tidigare hade sett, och den förblir en banbrytande vetenskap med potential att omforma världen som du känner den. Idag fortsätter kvantdatorer att tänja på teknikens gränser och är en avgörande komponent för att främja världens förståelse av kvantintrassling.

Vad är kvantdatorer och hur fungerar de?

Många ser kvantapparater som framtiden för högpresterande beräkningar. Dessa kraftfulla maskiner kan överträffa även de mest avancerade superdatorerna med flera storleksordningar. Deras förbättrade prestanda och kapacitet beror på att de använder kvantbitar, så kallade qubitar, istället för traditionella databit.
Qubitar ger mycket större beräkningskapacitet eftersom de utnyttjar kvantfysikens unika beteende. Fenomen som superposition, intrassling och kvantinterferens kan skapa datorer med avsevärt högre kapacitet än traditionella system.

Förstå kvantintrassling i modern databehandling

Imponerande kan kvantdatorer leverera så hög prestanda tack vare qubitrarnas sammansättning och kvantintrassling. Kvantintrassling avser ett unikt fenomen där två partiklar förblir sammankopplade, oavsett hur långt de är ifrån varandra.
Inte ens ljusår i avstånd kan separera kvantanslutna qubitar. Noterbart kan partiklar som är fast i kvantintrassling inte beskrivas oberoende, eftersom deras tillstånd delas av alla låsta partiklar.

Hur upptäcks kvantintrassling idag? Aktuella metoder förklarade

Ett av de största hindren för att göra kvantdatorer mer tillgängliga är att det kan vara extremt svårt att upptäcka kvantintrassling. Den nuvarande metoden använder Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH)-metoden, som introducerades 1969. Denna metod kan upptäcka intrassling genom att hitta inkonsekvenser mellan kvantförutsägelser och lokal realism.

Senaste genombrotten inom kvantdatorer: Uppdatering 2025

CHSH-metoden har varit den föredragna metoden för kvantdatoringenjörer i åratal. Men senaste AI-framstegen har gjort adaptiva maskininlärningsbaserade metoder för intrasslingsdetektion mer populära. Ingenjörer har skapat kraftfulla neurala nätverk som bättre kan övervaka och klassificera kvanttillstånd som intrasslade eller separerbara.

Begränsningar i dagens kvantdatorer och hur forskare övervinner dem

Ett av de största problemen med dagens mest avancerade kvantdatorer återgår till upptäckten av intrasslade partiklar. Dessa system, som CHSH, kan aldrig uppnå en exakt mätning eftersom observationsmetoden har visat sig störa och förstöra vissa kvanttillstånd.
Ironiskt nog kan kvantintrassling koppla partiklar över galaxer, men den är i sig mycket skör. När CHSH-verktyg används för att mäta ett kvanttillstånd och lokala mätningar på rumsligt separerbara delsystem, orsakar det oavsiktligt kollapsen av den globala vågfunktionen i stora delar av systemet.

Ny studie: Hur kvantdatorer kan upptäcka sin egen intrassling

Studien “Detecting and protecting entanglement through nonlocality, variational entanglement witness, and nonlocal measurements”,¹ publicerad i Physical Review Letters, framhäver ett bättre sätt att upptäcka när kvantintrassling har uppnåtts. Istället för att förlita sig på en AI-algoritm för att utföra uppgiften introducerade ingenjörer från Tohoku University och St. Paul’s School, London, ett kvantdrivet alternativ.
Detta är den första kvantalgoritmen som kan upptäcka intrassling utan att orsaka någon skada. Ingenjörerna uppger att deras nya icke‑lokala mätningsramverk, kallat variational entanglement witness (VEW), gör det möjligt för kvantdatorer att utföra kontroller av deras kvanttillstånd.

Vad är variational entanglement witness (VEW) i kvantdatorer?

Variational entanglement witness‑protokollet börjar med att analysera varje tillstånd med den proprietära kvantalgoritmen. Detta nya system tar hänsyn till data som samlats in från en parametriserad witness‑operator och kombinerar den med eventuella CHSH‑olikheter.

Denna metod gör det möjligt för systemet att dela in partiklarna i två kategorier, intrasslade och separerbara. Till skillnad från tidigare metoder möjliggör detta tillvägagångssätt optimerad intrasslingsdetektion utan att någon nedbrytning av intrasslade partiklar sker i observationsområdet.

Källa – Tohoku University

Testning av kvantdatorer: Hur VEW bevarar intrassling

För att testa sin teori började ingenjörerna med supraledande chip. Målet med detta var att simulera den icke‑lokala mätningen och utvärdera kvantqubitrarnas tillstånd efter mätning för att bekräfta bevarandet av intrassling i de optimerade områdena. Testningen omfattade både laboratorietester och datorsimuleringar.

Ingenjörerna drog slutsatsen att deras nya metod förbättrar tillförlitligheten för intrasslingsdetektion i alla lägen. Den överträffade på ett pålitligt sätt tidigare metoder, inklusive AI‑assisterade alternativ, och optimerar effektiviteten i att särskilja mellan separerbara och intrasslade tillstånd.

Testet visar tydligt att metoden kan utföra detaljerade mätningar utan att orsaka någon vågfunktionskollaps. Därför kommer den att vara avgörande i framtida tekniska upptäckter och forskning där övervakning av dessa partiklars kvanttillstånd är nödvändig för framgång.

Varför VEW är viktigt: Fördelar för framtidens kvantteknik

Denna kvantdatorstudie ger flera fördelar till marknaden. För det första möjliggör den för ingenjörer och forskare att exakt mäta och bedöma intrasslingsegenskaper utan att kollapsa den kvanta vågfunktionen. Följaktligen är den mycket mer pålitlig och exakt än alla nuvarande alternativ.

Verkliga tillämpningar av kvantdatorer och vad som kommer härnäst

Det finns många tillämpningar för denna teknik. För det första kommer kvantdatorer att integrera denna teknik för att förbättra sina erbjudanden och kapaciteter. För närvarande är kvantdatorer extremt dyra på grund av deras precision och underhållskostnader.
Till exempel kräver kvantdatorer ett mycket intensivt kylsystem för att fungera. Dessa system kan optimeras med hjälp av studiens data, eftersom den nya detektionsmetoden gör det möjligt för ingenjörer att bättre följa systemets påverkan på intrassling.

Kvantkommunikation: Realtidsanslutningar med intrasslade partiklar

Kvantkommunikationssektorn har potentialen att revolutionera kommunikation. Eftersom kvantpartiklar i ett intrasslat tillstånd är sammankopplade blir de en perfekt kommunikationsenhet. I framtiden kommer kvantkommunikation att möjliggöra för ingenjörer och rymdfarare att kommunicera i nästan realtid, oavsett avstånd och genom vilken form av naturlig interferens som helst.

Kvantkryptografi: Framtiden för obrytbar säkerhet

Kvantkryptografi utnyttjar kvantfysik för att uppfylla kryptografiska krav. Kraften i dessa avancerade system har förmågan att göra nuvarande krypteringsmetoder föråldrade. För närvarande ser ingenjörer mot kvantdatoralternativ för både kryptering och brytning av nuvarande kryptografiska metoder.
Hotet som kvantdatorer utgör mot traditionella krypteringssystem är mycket verkligt. Redan finns kryptovalutor som specifikt har byggts med kvantskydd i sin kodning för att framtidssäkra mynten mot nya kvantbaserade hackningsmetoder.

Tidslinje för kvantdatorer

Det återstår fortfarande mycket arbete för att integrera denna nya kvantteknik i dagens avancerade datorer. Det kan dröja mer än 10 år innan du får tag på en prisvärd personlig kvantdator.
Trots väntan på kommersiella tillämpningar kan du se denna teknik användas omedelbart av regeringar, militära styrkor och andra som vill fördjupa sin förståelse av kvantintrassling.

Möt forskarna bakom genombrottet i kvantintrassling

Kvantdatorstudien presenterades av en lektor vid Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences och Graduate School of Engineering vid Tohoku University, Le Bin Ho. Han fick hjälp av Haruki Matsunaga och andra ingenjörer från Tohoku University och St. Paul’s School, London.

Framtidsplaner

Nu när teamet har bevisat algoritmens effektivitet är deras nästa mål att förbättra dess prestanda. Imponerande nog har forskarna redan börjat finjustera algoritmen för att förbättra dess förmåga att upptäcka intrassling.

Toppföretag som driver kvantdatorutveckling 2025

Tävlingen om att skapa prisvärda och pålitliga kvantdatorer är igång. Stora företag som Microsoft och NVIDIA dominerar denna sektor och har investerat miljontals i att skapa dessa högpresterande beräkningsenheter.
Det är tydligt att den avancerade naturen hos tekniken oundvikligen öppnar dörren för mindre företag att bli en omvälvande närvaro på marknaden. Här är ett sådant företag som nyligen har fått mycket uppmärksamhet.

IonQ Inc

IonQ Inc. (IONQ ) gick in på marknaden 2015. Noterbart har företagets grundare, Christopher Monroe och Jungsang Kim, arbetat inom kvantmekanik i nästan 25 år. Denna erfarenhet gjorde det möjligt för företaget att snabbt gå in i sektorn och bli en av världens främsta forskare inom kvantdatorer.
Idag har den Maryland-baserade tillverkaren av kvantdatorer verksamhet och kunder över hela världen. De har skrivit högprofilerade kontrakt, inklusive ett avtal på 54,5 miljoner dollar med U.S. Air Force Research Lab. Avtalet ger IonQ i uppdrag att skapa infrastruktur för framtida kvantsystem.