Q-bits en Quantumcomputers

Vergelijkbare documenten
Met de quantummechanica het lab in

Met de quantummechanica het lab in

Het vreemde van de Quantum mechanica

Met de quantummechanica het lab in

Noodzakelijke Onzekerheid

Teleportatie op de quantum computer

Quantum computing. Dirk Nuyens. dept. computerwetenschappen KULeuven.

: Toeval en/of determinisme in de natuurwetenschap (Deel II)

Quantum-computing toegepast op het n-queens probleem

Innovatie. prof.dr.ir. Han Gerrits. Vrije Universiteit Amsterdam Innovation Factory INNOVATION FACTORY

Quantummechanica 5/6 VWO

Quantum computation and spin manipulation Hams, Antoon Hendrik

What does it all mean?

ProefToelatingstoets Wiskunde B

Quantum Computing. Harry Buhrman. CWI & Universiteit van Amsterdam

QUANTUMFYSICA DE EPR-PARADOX. Naam: Klas: Datum:

De Kwantumcomputer. Patrick De Causmaecker Katholieke Universiteit Leuven Campus Kortrijk

Een quantum trukendoos: licht, atomen, chips

Quantum Mechanica. Peter van der Straten Universiteit Utrecht. Peter van der Straten (Atom Optics) Quantum Mechanica November 20, / 14

Quantummechanica voor jong en oud. Gerard Nienhuis Huygens Laboratorium Universiteit Leiden

Kwantumcomputers: een stap verder

Cryptografische beveiliging op het Internet

Het Standaardmodel. HOVO college Teylers 20 maart 2012 K.J.F.Gaemers

Het computationeel denken van een informaticus Maarten van Steen Center for Telematics and Information Technology (CTIT)

UvA-DARE (Digital Academic Repository) Quantum Algorithms and Quantum Entanglement Terhal, B.M. Link to publication

Quantum aanvallen op de 3-round Feistel Cipher

Module Algemene Natuurwetenschappen: Toeval en Kwantummechanica

Emergente zwaartekracht Prof. Dr. Erik Verlinde

LES: Wie van de drie?

LES: Vier op een rij. BENODIGDHEDEN Per leerling werkblad Vier op een rij (zie p. 5) kleurpotloden, potlood en gum AFBEELDING SPELLETJE

EE1410: Digitale Systemen BSc. EE, 1e jaar, , vragencollege 1

Geleid herontdekken van de golffunctie

LES: Wie van de drie? 2

Het Quantum Universum. Cygnus Gymnasium

webcolleges.hva.nl de hoorcolleges zijn op deze site terug te kijken

Stelling. SAT is NP-compleet.

Werkblad 2.2: Doppelspalt Simulatie voor Fysische Optica en voor Quantum Verschijnselen 1

Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur

Week-end van de wetenschap, Groningen, 6 oktober 2013 Ivo van Vulpen

Krommen tellen: van de Griekse Oudheid tot snaartheorie

Quantum theorie voor Wiskundigen. Velden en Wegen in de Wiskunde

HOVO Het quantum universum donderdag 19 februari 2009 OPGAVEN WEEK 3 - Oplossingen

1 Leerlingproject: Relativiteit 28 februari 2002

Samenvatting. Inleiding

Masterclass Technology Trend Monitoring

Faculteit Elektrotechniek - Capaciteitsgroep ICS Tentamen Schakeltechniek. Vakcodes 5A010/5A050, 26 november 2003, 14:00u-17:00u

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde

Quantummechanica = golfmechanica

De ulaeme Bell test : spooky acaon over de TU Del2 campus

Helden van de wiskunde: L.E.J. Brouwer Brouwers visie vanuit een logica-informatica perspectief

Kant patroon in Embird Studio.

Speciale relativiteitstheorie: de basisconcepten in een notedop

LES: Vier op een rij 2

COPENHAGEN REVISITED

1 OPGAVE. 1. Stel dat we kansdichtheid ρ van het Klein-Gordon veld φ zouden definieren op de Schödingermanier

Einstein op de helling

De lichtsnelheid kromt de ruimte. Mogelijke verklaring voor de grens van het heelal

Opgaven Fibonacci-getallen Datastructuren, 23 juni 2017, Werkgroep.

Bestaat toeval? De Bell-ongelijkheden

Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) 31 oktober 2013

De large hadron collider: Hoe zien de eerste botsingen eruit? Ivo van Vulpen

QUANTUMFYSICA QUANTUMTOESTANDEN. Naam: Klas: Datum:

Scotty, beam me up! Kwantum teleportatie maakt gigantische sprongen

Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) Hoorn, 15 april 2014

Kleinse Fles. Introductie String Zoologie Brane Worlds Zwarte Gaten

Noordhoff Uitgevers bv

5 Afronden en afkappen

Masterproef Quantum Computing

Tentamen. Kwantumchemie & Fysica (4051QCHFY-1314FWN) Datum: 10 April Tijd/tijdsduur: 3 uur

Hoe je het cryptosysteem RSA soms kunt kraken. Benne de Weger

Samenvatting. Klassieke! deeltjes. Bosonen

Het tweespletenexperiment EN DE RELATIE TUSSEN HET INTERFERENTIEPATROON EN DE BREEDTE VAN DE SPLEET

Tentamen Optica. 20 februari Zet je naam, studentennummer en studierichting bovenaan elk vel dat je gebruikt. Lees de 6 opgaven eerst eens door.

Faculteit Elektrotechniek - Capaciteitsgroep ICS Tentamen Schakeltechniek. Vakcodes 5A010/5A050, 19 januari 2004, 9:00u-12:00u

Uitlezen van een enkele elektronspin in silicium

natuurkunde vwo 2018-II

DE ONTOLOGISCHE INTERPRETATIE VAN NUL-INTERACTIEMETINGEN IN DE QUANTUMMECHANICA

LES: Waslijn. BENODIGDHEDEN Per leerling werkblad Stapjes maken (zie p. 5) potlood en gum AFBEELDING SPELLETJE

Astronomische Technieken Hovo Cursus Prof.dr. Paul Groot (RU) Dr. Gijs Nelemans (RU)

Oneindig? Hoeveel is dat?

Uitwerkingen Hertentamen Optica

LES: Eerlijk verdelen

Oefeningen Interpretatie I Reeks 6 : Registermachines

8. Complexiteit van algoritmen:

Indicatie van voorkennis per les Algemene relativiteitstheorie Docent: Dr. H. (Harm) van der Lek

Priemfactoren. Grote getallen. Geavanceerde methoden. Hoe ontbind je een getal N in priemfactoren?

Innovatie moet je doen!

De interface (stuurmodule)

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2018 theorietoets deel 1

Hoofdstuk 1 : Vectoren (A5D)

Naam: Klas: Toets Eenvoudige interferentie- en diffractiepatronen VWO (versie A)

13 Hidden Markov Modellen.

Opgaven Kunstmatige Intelligentie 1 maart 2017

, met ω de hoekfrequentie en

Het mysterie van massa massa, ruimte en tijd

Algoritmes en Priemgetallen. Hoe maak je een sleutelpaar voor RSA?

Waarschijnlijk wel, want er zit niet veel informatie in de klinkers. Deze activiteit laat een manier zien om de hoeveelheid informatie te meten.

Friendly Functions and Shared BDD s

LES: Betaal gepast. BENODIGDHEDEN Per leerling werkblad Munten of briefjes (zie p. 5) potlood en gum AFBEELDING SPELLETJE

Transcriptie:

Q-bits en Quantumcomputers Computers in the future may weigh no more than.5 tons (Popular Mechanics, forecasting the relentless march of science, 949) I think there is a world market for maybe five computers. Thomas Watson, chairman of IBM, 943. Eric Eliel??? Met zeer veel dank aan: Prof. dr. A. Ekert (Oxford University) Prof. dr. J. Preskill (Caltech) Naar de quantum limiet sneller kleiner krimpende computer m nm Elke ½ jaar verdubbelt de snelheid van microprocessoren Sneller = kleiner Quantum technologie Zijn er beperkingen? 3 4

Een computer die met quantum toestanden werkt is krachtiger dan elke klassieke computer die we ons kunnen voorstellen. Wat zijn zoal de problemen? Feynman 8 Deutsch 85 Shor 94 5 6 Vinden van priemfactoren Ontbinden 87888687 448595656 6445955667 8567694 349774 55666544 448387347 59833377 88879665638 3488557 et grootste getal dat in zijn priemfactoren is ontbonden bestaat uit 9 cijfers! =?? Niemand heeft er ook maar een idee van hoe je getallen bestaande uit cijfers zou moeten factoriseren. Met de huidige computers zou dit langer duren dan de geschatte levensduur van het heelal. Ontbind een getal N bestaande uit L cijfers: N L. Aantal vereiste delingen ongeveer gelijk aan N ½ L/. Aantal delingen neemt dus enorm snel toe. Voorbeeld: Getal van cijfers, testen met 6 delingen per seconde. Geschat benodigde aantal tests: 5. Tijdsduur: 44 seconden. Ouderdom van heelal 7 seconden. Lukt dus niet! 7 8

87888687 448595656 6445955667 8567694 349774 55666544 448387347 59833377 88879665638 3488557 Vinden van priemfactoren = 3968599945959 7454966 6883786675 7644986 4835555743 Shor 94 4553449864673 5978843686 89774488643 5636356 9699944599 et vinden van de juiste sleutel Klassieke methode: Probeer elke sleutel tot er een past. 9

Rekenen volgens Turing (traditioneel) Tussentoestanden Input Output Probeer ze alle tegelijk! (de quantum-truc) 3 Massive Parallelism 4 Quantum computation Wat is er zo bijzonder aan quantum objecten? A A A 3 A 4 Amplitude = A A + A A 3 4 3 4 Waarschijnlijkheid = AA + AA = A A + + Re A A 3 4 * * ( AAA 3A4) gevoelig voor het uit-fase raken Voorbeeld: een enkel foton op een bundelsplitser 5% 5% Stuur enkel foton poort in. Meting: 5% kans op klik bij detector en 5 % kans op klik bij detector. Vraag: Gaat het foton echt óf omhoog, óf rechtdoor? Antwoord: nee, want het foton gaat zowel omhoog als rechtdoor... 5 6

A Fotonen Stel dat het foton, dat poort ingaat bij de bundelsplitser rechtdoor gaat. In de helft van de gevallen verwacht je dat detector klikt, en in de andere helft dat detector klikt. Dit geldt ook als het foton bij de bundelsplitser het pad omhoog had gekozen. Je verwacht dus altijd dat in de helft van de gevallen detector klikt en in de andere helft detector. A Quantum voorwerpen In werkelijkheid klikt voor elk foton van ingang detector. Maar als je een van de twee lichtpaden onderbreekt dan klikken beide detectoren, elk met een waarschijnlijkheid van ½. Detector gaat klikken als of het onderste, of het bovenste pad wordt geblokkeerd! Wat een raar gedoe! 7 Detector gaat klikken als of het onderste, of het bovenste pad wordt geblokkeerd! Blijkbaar moeten beide paden beschikbaar zijn om er voor te zorgen dat detector niet klikt. Dit laat zien dat er interferentie optreedt; d.w.z. golfaspecten spelen een rol. 8 Twee-spleten experiment met golven Interferentie bij golven Interferentie bij watergolven De golfamplitude is ruimtelijk sterk gemoduleerd ten gevolge van interferentie. Twee-spleten interferentie-patroon van licht 9

Dit zijn geen grapjes! en met interne atoomtoestanden! met neutronen Lauren ellig Met fotonen NIST Boulder ENS Paris Experiment en met ionen. mm Beryllium ionen NIST Boulder ENS Paris 3 4

Klassieke en quantumbits Een klassiek bit heeft de waarde of de waarde. Mogelijke toestanden van een quantumbit zijn > en >. Andere toestanden zijn ook mogelijk, b.v. ψ = α + α et quantumsysteem kan tegelijk in beide toestanden verkeren; het verkeert in een coherente superpositie van de toestanden > en >. Als we de toestand ψ meten vinden we, met een waarschijnlijkheid α, de waarde, en, met waarschijnlijkheid - α, de waarde. Als je nog een keer aan ditzelfde systeem meet krijg je met zekerheid dezelfde uitslag (d.w.z. de waarde of ) als de eerste keer (dus nu geen waarschijnlijkheid α). We kunnen niet meer te weten komen over de toestand van een enkel qubit. Einstein: Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher. Jedenfalls bin ich überzeugt, daß Der nicht würfelt. Q-bits et essentiële van q-bits is dat ze zowel de toestand > als de toestand > bevatten. Als je de quantummechanica laat werken, gebeurt er zowel iets met toestand > als met toestand >. et wordt pas echt fantastisch als je n q-bits gebruikt. Een n-qubit toestand bevat n.l. informatie over n toestanden tegelijk. n = 3 Gigabit Elk extra q-bit verdubbelt de rekenkracht van de machine. 5 6 q-bit systeem Einstein-Podolsky en Rosen Veel van het aardige van de quantumcomputer kan je al leren van het q-bit systeem. Voor zo n systeem heb je basistoestanden: Eerste bit Tweede bit Een willekeurige toestand van het q-bit systeem kan worden geschreven ψ als: = α + β + γ + δ b.v. { } ψ = Bell Zo een toestand heet verstrengeld ( entangled ). Als we de toestand van het eerste q- bit meten, weten we meteen de toestand van het tweede q-bit (n.l. gelijk aan die van het eerste q-bit), en omgekeerd. Verstrengeling correlatie! Schrödinger, uitvinder van verstrengeling Rosen Podolsky Einstein, Podolsky en Rosen maakten bezwaar tegen deze voorspelling dat meting aan q-bit instantaan informatie oplevert over de toestand van q-bit (in strijd met relativiteitstheorie). Deze discussie heeft jaren geduurd en is opgelost door experimenten in de jaren 8. E,P en R hadden ongelijk. 7 8

Q-computing 7 individueel adresseerbare ionen U??? U U U Q-informatie en Q-computing in Nederland: Leiden Delft Amsterdam 9