Optische
computer haalt kwantumsnelheden
Kwantummechanische
eigenschappen nagebootst - 17-05-2001
Amerikaanse
onderzoekers beweren nu een machine te hebben gemaakt die erin slaagt
één belangrijke kwantumeigenschap na te bootsen, en daardoor ook bepaalde
taken tegen onvoorstelbare snelheden zou kunnen oplossen. De oplossing?
De computer werkt met licht, in plaats van met subatomaire deeltjes.
Kwantumrekenen,
dat uiteraard door kwantumcomputers zou worden gedaan, is één van
die onderzoeksgebieden waar de verwachtingen die door de theorie worden
gecreëerd het voorstelbare bijna te boven gaat. Dat heeft niet alleen
te maken met de vreemde principes waarop deze technologie moet worden
gebaseerd, maar ook met het feit dat toepassingen nog ver in de toekomst
liggen.
Dat heeft echter nog nooit iemand verhinderd hardop te dromen van
wat allemaal mogelijk zal zijn, en wat kwantumcomputers betreft, lijkt
dat heel wat te zijn. De wereld van het allerkleinste is behoorlijk
verschillend van diegene die wij ervaren, en al leveren beschrijvingen
van het gedrag van de allerkleinste deeltjes vooral hoofdpijn op,
er zijn ook voordelen aan verbonden.
Wat kwantumcomputers betreft speelt vooral superpositie een belangrijke
rol. Bestaande computers maken gebruik van bits,
en die zijn of 1, of 0. Een kwantumbit (qubit) daarentegen kan tegelijk
zowel 1 als 0 zijn, omdat subatomaire deeltjes zich volgens de kwantummechanica
nu eenmaal in meerdere verschillende toestanden tegelijk kunnen bevinden.
De snelheidswinst die dat zou opleveren, is volgens theoretici onvoorstelbaar
groot.
Er is echter nog een eigenschap die grote voordelen kan opleveren,
wanneer uit uitgebreide gegevensbanken gegevens moeten worden opgehaald:
kwantuminterferentie. Dit kenmerk laat toe een heleboel gegevens in
één klap te bekijken. Ian Walmsley, als opticus verbonden aan de Universiteit
van Rochester en hoofd van het onderzoek, gebruikt een gigantische
bibliotheek als voorbeeld. Stel dat in deze gigantische verzameling
boeken, één boek moet gevonden worden (en dat er geen enkele vorm
van catalogus beschikbaar is). Dan zit er niets anders op dan elk
boek één voor één vast te nemen, tot het juiste exemplaar gevonden
is. Een proces dat behoorlijk wat tijd zou vragen. Maar een kwantumcomputer
zou, dankzij interferentie, erin slagen alle boeken in één klap te
analyseren, net alsof er één bibliothecaris per boek zou zijn, die
bovendien allemaal tegelijk in de bibliotheek worden losgelaten.
Walmsley bedacht dat interferentie ook een eigenschap van licht is,
en besloot te proberen of een nep-kwantumcomputer gemaakt kon worden
die gebruik maakt van de idee achter kwantuminterferentie. Het apparaat
(foto) dat daaruit voortkomt, gebruikt een akoesto-optische modulator
van transparant tellurium dioxide, een kristal. Door deze modulator
worden geluidsgolven gejaagd, waardoor de modulator op sommige plaatsen
wordt samengedrukt en op andere weer wordt uitgerokken. Zo ontstaat
een bepaald patroon dat als een database van informatie beschouwd
kan worden.
Om nu in deze gegevensbank opzoekingen te verrichten, wordt er een
lichtstraal op de modulator gericht. Die wordt in twee gesplitst,
waarna één van de stralen door een prisma wordt gejaagd. Daardoor
wordt deze straal opgesplitst in een regenboog van kleuren. Deze verschillende
lichtfrequenties gaan door verschillende delen van de modulator, waarbij
het licht telkens op een karakteristieke manier gebroken wordt.
Nadat de lichtregenboog door de modulator gaat, worden de verschillende
frequenties weer samengebundeld. Tenslotte worden de herenigde straal
en de tweede beginstraal bij elkaar gevoegd, wat een interferentiepatroon
oplevert. Uit dat patroon komt dan een bepaalde positie te voorschijn,
één frequentie die gewijzigd werd tijdens de trip door het kristal.
Deze frequentie duidt de plaats aan waar de informatie waar men naar
op zoek was, zich bevindt. Dat dat wordt aangetoond met een passage
van licht door het kristal, levert heel wat snelheidswinst op. Via
de gewone procedure moet de hele database immers stap voor stap doorlopen
worden tot men gevonden heeft wat men zoekt. De computer van Walmsley
bekijkt in één keer alles, en zegt dan waar men kan vinden wat men
zoekt.
Dat maakt van Walmsleys ontwikkeling nog geen kwantumcomputer. En,
eerlijk is eerlijk, de meest hippe mogelijkheden, zoals kwantumcryptografie
zijn op andere kwantummechanische eigenschappen gebaseerd dan interferentie.
Maar Walmsleys uitvinding kan misschien met de term ‘quasi-kwantumcomputer’
bedacht worden, en dat staat ook goed op een CV.
(DdV)
Aansluitende artikels:
Kwantumcryptografie,
de onkraakbare beveiliging? - 03-01-2001
De
ultieme laptop is een zwart gat - 05-09-2000
Licht
bij de lurven gevat - 18-01-2001
Related links:
Veel
gestelde vragen over kwantumcomputers
Kwantumrekenen
©
David de Vaal
