Kvantecomputere er blevet hypet som maskiner, der kan løse næsten ethvert problem. Alligevel bliver det klarere, at deres kortvarige værktøj vil være smallere

I løbet af det sidste årti er kvanteberegning vokset til en milliardindustri. Alle ser ud til at investere i det fra tech -giganter, såsom IBM og Google, til det amerikanske militær.
Men Ignacio Cirac ved Max Planck Institute of Quantum Optics i Tyskland, en pioner inden for teknologien, har en mere edruelig vurdering. ”En kvantecomputer er noget, som i øjeblikket ikke eksisterer,” siger han. Det skyldes, at det er utroligt vanskeligt at opbygge en, der faktisk fungerer – og er praktisk at bruge -.
Denne historie er en del af vores koncepter specielle, hvor vi afslører, hvordan eksperter tænker på nogle af de mest sindssygende ideer inden for videnskab. Læs mere her
I stedet for “bit” af konventionelle maskiner bruger disse computere kvantebits eller qubits til at kode information. Disse kan fremstilles på flere måder, fra små superledende kredsløb til ekstremt kolde atomer, men alle af dem er komplekse at bygge.
Ulempen er, at deres kvanteegenskaber kan bruges til at udføre visse slags beregninger hurtigere end standardcomputere.
Sådanne speed-ups er attraktive for en række problemer, som normale computere kæmper med, fra at simulere eksotiske fysiksystemer til effektivt planlægning af passagerflyvninger eller købmandsleverancer til supermarkeder. For fem år siden så det ud til, at kvantecomputere ville forbedre disse og mange andre beregningsmæssige udfordringer.
I dag er situationen meget mere nuanceret. Fremskridt med at opbygge stadig større kvantecomputere har ganske vist været fantastisk, med flere virksomheder, der udvikler maskiner med mere end 1000 qubits. Men dette har også afsløret umulige vanskeligheder med umulige at digte.
Et stort problem er, at når disse computere bliver større, har de en tendens til at begå flere fejl, og at finde måder at forhindre eller løse disse har vist sig at være sværere end forventet. Sidste år lavede Googles forskere den mest bemærkelsesværdige bukke i dette problem indtil videre, men alligevel er fuldt udbyggede, nyttige kvantecomputere endnu ikke her – som Cirac påpeger.
På grund af dette kan listen over realistiske applikationer til disse maskiner være kortere, end vi engang håbede. Vej omkostningerne ved at bygge en mod de mindre end forestillede besparelser, den kunne levere, og i mange anvendelsessager kan det muligvis ikke give økonomisk mening. ”Den største misforståelse er, at en kvantecomputer kan fremskynde ethvert problem,” siger Cirac.
Så hvilke problemer kan der stadig drage fordel af kvanteberegning? Kvantecomputere kunne bryde de kryptografisystemer, vi i øjeblikket bruger til sikker kommunikation, og dette gør teknologien interessant for regeringer og andre institutioner, hvis sikkerhed kunne være imperileret af den, siger Scott Aaronson ved University of Texas i Austin.
Et andet sted, hvor kvantecomputere stadig skal være nyttige, er i modelleringsmaterialer og kemiske reaktioner. Dette skyldes, at kvantecomputere, selv et system med kvanteobjekter, er perfekt egnet til at simulere andre kvantesystemer, såsom elektroner, atomer og molekyler.
”Disse vil være forenklede modeller; de repræsenterer ikke rigtige materialer. Men hvis du designer systemet korrekt, har de nok egenskaber i de virkelige materialer, som du kan lære noget om deres fysik,” siger Daniel Gottesman ved University of Maryland.
Kvantekemi-simuleringer lyder muligvis mere niche end planlægning af flyvninger, men nogle af de mulige resultater-at finde en rumtemperatur-superleder, ville være transformative.
I hvilket omfang alt dette virkelig kan realiseres afhænger markant af kvantealgoritmer, instruktionerne, der fortæller kvantecomputere, hvordan de skal køre – og hjælpe med at korrigere disse irriterende fejl. Dette er et udfordrende nyt felt, som Vedran Dunjko ved Leiden University i Holland siger er at tvinge forskere som ham til at konfrontere grundlæggende spørgsmål om, hvad oplysninger og computing er.
”Dette giver en fantastisk motivation til at studere hårdheden af problemer og kraften i computerenheder,” siger Dunjko. ”For mig ville dette være grund nok til at dedikere en betydelig brøkdel af mit liv til disse spørgsmål.”