De quantumcomputer

Hier vindt u de afbeeldingen en verklarende woordenlijst behorend bij het boek De quantumcomputer van George van Hal, onderdeel van de serie Pocket Science van New Scientist.

Afbeelding pagina 16: het tweespletenexperiment

Afbeelding pagina 29: superpositie en verstrengeling

Afbeelding pagina 38: topologische vriendjes

Afbeelding pagina 66+67: quantumnetwerk

Begrippenoverzicht

Algoritme van Shor
Algoritme dat op quantumcomputers een willekeurig geheel getal kan opdelen in zijn priemfactoren.

Cryptocalypse
Samentrekking van de Engelse woorden cryptography en apocalypse, waarmee experts verwijzen naar het feit dat quantumcomputers met behulp van het algoritme van Shor straks versleutelde gegevens kunnen kraken.

Decoherentie
Overgang van de gekke quantumwereld naar onze vertrouwde klassieke wereld. Dankzij decoherentie zien wij in de wereld om ons heen nooit quantumeffecten.

Elektron
Elementair deeltje met negatieve elektrische lading. Door gebruik te maken van zijn spin, kun je van een elektron een qubit maken.

Foton
Lichtdeeltje. Wordt onder andere gebruikt als informatiedrager bij het huidige internet. Maakt straks als hulpdeeltje mogelijk de benodigde verstrengeling voor het quantuminternet.

Hulpqubit
Qubit die zelf niet meedoet aan de berekening in een quantumcomputer. Wordt meestal gebruikt om andere (reken) qubits te controleren en bij een fout eventueel te corrigeren.

Ion
Atoom met een netto elektrische lading. Van een ion kun je een qubit maken door deze te vangen in een vacuüm. De nullen en enen zitten in dit geval verscholen in de verschillende energietoestanden die het ion kan aannemen.

Logische poorten
Basisbouwblokjes van elke berekening, of dat nu een gewone berekening is of een quantumberekening. Met een stelsel van drie elementaire logische poorten kun je elke berekening doen. In klassieke computers is een bekende logische poort bijvoorbeeld de ENpoort. Die vergelijkt inkomende signalen. Als alle signalen ‘1’ zijn, geeft de poort als signaal ook ‘1’ door. Is een van de signalen ‘0’ dan geeft de poort ‘0’ door.

Logische qubit
Verzameling van qubits en hulpqubits die samen dienen als één enkele rekeneenheid in de quantumcomputer. Machinetaal Taal die de logische poorten van de (quantum) – computer spreken.

Majoranadeeltje
Fundamenteel deeltje dat nog niemand gevonden heeft. De Nederlandse fysicus Leo Kouwenhoven bouwde er echter eentje na in het lab. Daar doet het dienst als qubit. Het deeltje heeft de lading van een half elektron of een half positron (deeltje met de tegengestelde lading van het elektron). Bij een ladingsmeting van een paar majoranadeeltjes is de lading daarom nul of gelijk aan die van het elektron. Die eigenschap laat zich vertalen naar de ‘0’ en ‘1’ van digitale informatie.

No cloning-theorema
Principe dat stelt dat je quantumtoestanden nooit kunt kopiëren, omdat voor het maken van een kopie ergens in het proces altijd een waarneming nodig is.

Priemfactoren
De priemfactoren van een getal zijn de priem – getallen (getallen die alleen deelbaar zijn door 1 en door zichzelf) die je met elkaar moet vermenigvuldigen om dat getal te krijgen. 2701 bestaat bijvoorbeeld uit priemfactoren 37 en 73.

Quantum Key Distribution
Quantumcommunicatiemethode waarbij twee partijen een willekeurige toestand maken zodat ze op een quantummanier een sleutel kunnen overdragen. Alleen met die quantumsleutel kun je informatie lezen die je kunt ver sturen. Op die manier verstuurde informatie kun je niet afluisteren.

Quantum supremacy
Moment waarop quantumcomputers sneller worden dan klassieke computers.

Quantumgeheugen
Qubits die quantuminformatie voor langere tijd kunnen vasthouden. Is in quantumcomputers bewerkelijker dan in klassieke computers omdat quantuminformatie verloren gaat wanneer het in aanraking komt met de omgeving.

Quantuminterferentie
Proces waarbij quantuminformatie zichzelf kan uitdoven (destructieve interferentie) of versterken (positieve interferentie). Quantumalgoritmen gebruiken interferentie tijdens berekeningen om ervoor te zorgen dat de juiste antwoorden elkaar versterken en de verkeerde elkaar uitdoven. Quantuminternet Netwerk waarmee je quantumcomputers met elkaar kunt verbinden zonder dat hun quantuminformatie verloren gaat.

Quantumrepeaters
Tussenstations die ervoor zorgen dat je quantuminformatie niet over grote afstanden hoeft te teleporteren.

Quantumteleportatie
Proces waar bij je informatie over (grote) af stand verplaatst door gebruik te maken van twee verstrengelde qubits.

Qubit
Quantummechanische versie van de klassieke bit. Kan in plaats van de ‘0’ of ‘1’ van klassieke informatie ook ‘0’ en ‘1’ tegelijk zijn.

Spin
Quantummechanische versie van het klassieke impulsmoment (hoeveelheid draaibeweging van een voorwerp), hoewel spin geen letterlijke draaiing van een deeltje om zijn as is. In de quantumfysica heeft men het vaak over spin ‘op’ of spin ‘neer’ om de richting van de spin aan te geven. Die twee richtingen kun je vertalen naar de ‘0’ en de ‘1’. Op die manier kun je van een deeltje met spin, zoals een elektron, een qubit maken.

Supergeleiding
Verschijnsel waarbij de elektrische weerstand van een materiaal beneden een bepaalde (zeer lage) temperatuur ineens volkomen verdwijnt.

Superpositie
Quantumeigenschap van deeltjes en voorwerpen. Dankzij superpositie kunnen twee deeltjes eigenschappen hebben die elkaar lijken uit te sluiten, maar die volgens de formules van de quantummechanica toch tegelijk kunnen bestaan. Daarom kunnen qubits bijvoorbeeld tegelijk 0 en 1 zijn en kunnen deeltjes tegelijk op meerdere plaatsen zijn.

Surface code
Meest gebruikte foutcorrectiealgoritme in de huidige generatie quantumcomputers. Het vertaalt de topologische bescherming die een donutvorm biedt met handige rekenregels naar het platte vlak van een groep qubits.

Topologische qubit
Logische qubit die door zijn vorm van nature is beschermd tegen (kleine) fouten.

Transistor
Halfgeleider. Staat bekend als het belangrijkste onderdeel van de moderne computer. Transistoren dienen in chips en processoren als schakelaars die een signaal aan of uit kunnen zetten. Op die manier maken ze de nullen en enen, de bits, waarin computers hun informatie versleutelen.

Tweespletenexperiment
Experiment waarbij een golf – water, licht of zelfs deeltjes – door twee spleten bewegen. Elke spleet doet dienst als een nieuwe golfbron, zodat na de spleten twee golven ontstaan die gaan interfereren. Dat interferentiepatroon is zichtbaar op een scherm achter de beide spleten.

Verstrengeling
Quantumeigenschap van deeltjes (of voorwerpen) waardoor deze hun eigenschappen op zo’n manier gaan delen dat je het ene deeltje onmogelijk nog los van het andere kunt zien. Beide deeltjes gaan zich in zekere zin gedragen alsof ze samen één voorwerp zijn.