BLANDA-BITS

NAVN:
SØLVE SELSTØ
FAG:
FYSIKK

DET ER VANLEG Å TENKJE SEG AT INFORMASJON KAN SKRIVAST SOM EIT SETT AV 0- OG1-TAL. KVAR SLIK LITEN BIT MED INFORMASJON KALLAR VI SOM KJEND EIN BIT. MEN KVA OM EIN SLIK BIT IKKJE TRENG VERE BERRE NULL ELLER EIN, MEN KAN VERE LITT AV BEGGE DELER?

INNAN KVANTEMEKANIKKEN let dette seg gjere. Om vi tenkjer oss eit kvantesystem med to moglege tilstandar, lat oss kalle dei tegn og tegn2, kan tilstanden til systemet generelt skrivast som ein lineærkombinasjon av dei to: akademia. Dette kallar vi ein kvante-bit eller qbit. Der finst ei rekkje tenkjelege slike tonivå- system. Polariseringa av eit foton og spinnet til eit elektron er to eksempel.

LAT OSS TA FATT i dette siste eksempelet for å illustrere litt grunnleggjande kvantemekanikk. Mykje kan seiast om denne mystiske spinn-eigenskapen, men vi nøyer oss med å konstatere at dette systemet har to mogelege kvante-tilstandar. Når vi måler spinkomponenten langs ein akse som peikar oppover, kan vi få to resultat, eit som svarar til at spinnet peikar oppover og eit som tilsvarar spinn nedover. Dei korresponderande tilstandane kallar vi up og down. Vi kan late down representere tegn og up representere tegn2. Som nemnd, vil elektronet generelt vere i ein «blanda» tilstand – litt opp og litt ned: up/down. Om vi derimot måler spinkomponenten langs den loddrette aksen vår, vil vi berre få anten opp eller ned som svar, aldri nokon mellomting. Dessutan vil tilstanden verte modifisert av målinga. Om resultatet av målinga vart opp, vil tilstanden bli redusert til ein rein up– tilstand bareup, og alle framtidige målingar langs denne aksen vil alltid gi resultatet opp.

MEN OM VI ETTERPÅ skulle ynskje å måle spinnet langs ein annan akse, ein som ligg vassrett, til dømes, veit vi ikkje lenger på førehand kva resultat vi vil få – høgre eller venstre. Opp-tilstanden kan nemleg skrivast som ei «blanding» av høgre og venstre: fdh

DET AT EIN QBIT kan vere både null og ein samtidig høyrest jo flott ut. Det gjer jo idéen om ein kvantedatamaskin rimeleg tiltalande; ved å operere med qbits i staden for «vanlege» bits, vil ein kunne gjere fleire «klassiske» operasjonar med berre ein «kvanteoperasjon ». Problemet oppstår når vi ein gong ynskjer å lese av verdien av qbitane våre. For å kunne lese av, må vi måle, og når vi gjer det, vil som nemnd linærkombinasjonen vår bli redusert til ein rein ket– eller ket-tilstand. Dette blir elles kalla reduksjonen av bølgefunksjonen. Så da er vi like langt? Vel, enkelte kloke hovud har klart å utnytte qbits på ein litt meir spissfindig måte og laga algoritmar som er mykje raskare enn dei tilsvarande «klassiske». Det mest kjende eksempelet på dette er ein faktoriseringsalgoritme som Peter Shore kom opp med i 1994.

quantum

MYKJE AV KRYPTERINGA som vert bruka i dag, byggjer på såkalla RSA-koding. For å kunne kommunisere nokolunde sikkert med slik koding, må dei to partane kjenne til eit eller anna høgt primtal – dess høgare dess betre. I den samanhengen kan det nok vere greit å ha ei kvantedatamaskin til å faktorisere høge tal og dermed effektivt kunne finne høge primtal. Men dersom slike maskinar ein gong skulle bli «vanlege», ville nok, takka vere Shore sin algoritme, høge primtal ikkje vere så utilgjengelege lenger. Dermed ville heller ikkje RSA-koda meldingar vere spesielt mykje sikrare enn røvarspråket.

MEN DER KVANTEMEKANIKKEN tar med den eine handa, gir han raust tilbake med den andre. Ved hjelp av enkel to-tilstands kvantemekanikk, er det nemleg mogleg å kode på ein måte som er så godt som heilt trygg. Dersom nokon skulle freiste å fange opp meldinga di, vil du kunne vite om det!

VI TENKJER OSS at to personar, lat oss etter tradisjonen kalle dei Alice og Bob, ynskjer å seie ting til kvarandre som ingen andre skal få vite. Dei kan få dette til om dei har ein binær kodenøkkel som berre dei to kjenner. Denne nøkkelen må vere minst like lang som den binære meldinga dei skal sende.

Melding (binær)*: 0100010101101011101000110011…
Kodenøkkel: 0111010100010011001101010010…
Koda melding: 0011000001111000100101100001…

DEN KODA MELDINGA kan Alice sende vidare fullstendig utan diskresjon så lenge ingen andre enn Bob har nøkkelen. Kodenøkkelen vert dei einige om ved at Alice sender Bob ei rekkje qbits der kvar av dei er gjort i stand på ein av fire moglege måtar. Desse fire ulike tilstandane kan vere up/down og left i elektronspinn-systemet vårt. Bob har to moglege måtar å lese dei av på – anten langs ein loddrett eller ein vassrett akse, kan vi tenkje oss. Berre i dei tilfella der han vel å lese av på «rett» måte, vil han naudsynleg få det resultatet som Alice har tenkt. Bob kan fritt fortelje Alice korleis han gjorde kvar enkelt måling, og ved å forkaste dei «qbitsa» som er målt «feil», får dei ein nøkkel som dei veit er lik for begge.

MEN KVIFOR GJERE det så tungvindt? Jo, det fine med dette systemet, er at dersom ein tredjeperson, som vi kallar Eve (som i «Eavesdropper»), freistar å fange opp nøkkelen, vil Alice og Bob kunne finne ut om det. Dette kan dei gjere på grunn av den tidlegare nemnde reduksjonen av kvantetilstanden. Lat oss tenkje oss at Eve snappar opp tilstanden frå Alice, og måler spinnet langs ein vassrett akse. Då vil ho sende eller vidare til Bob, som dermed risikerar å måle spinn ned sjølv om Alice sendte ut . Ved å samanlikne litt av kodenøkkelen sin, kan dermed Alice og Bob lett finne ut om nokon har vore inne og «tukla» med signalet deira.

«HM, ARTIGE teoretiske krumspring», kan ein kanskje tenkje. Og det er det jo. Men er desse idéane meir enn elegant teori? Vel, ein er i stand til å lage qbits i form av foton og sende dei kilometervis gjennom fiberoptiske kablar, så det må vere lov å håpe.

Legg igjen en kommentar

Du må være innlogget for å kunne legge igjen en kommentar.