Så er kvantecomputerchippen klar, melder britiske forskere. De har som de første i verden udført kvanteberegninger i en lille chip, hvor andre hidtil har måttet bruge større opstillinger til formålet.

Fremtidige kvantecomputere vil blandt andet være rigtig gode til at faktorisere tal, der er produktet af to store primtal. Det er en opgave, som er så vanskelig – i praksis umulig – for traditionelle computere, at produkter af store primtal danner grundlag for kryptografi og sikker kommunikation over internettet.

En kvantecomputer kan dog sammen med Eulers teorem udnytte en særlig algoritme udviklet af Peter Shor fra Massachusetts Institute of Technology i 1994 til at faktorisere tal, som er produkt af to primtal.

For store tal kræver det dog mange kvantebits – qubits – så derfor øver alverdens forskere som regel sig i først at lave en simpel beregning, der kun kræver en håndfuld qubits – som for eksempel at faktorisere tallet 15 – ligesom forskerne i Bristol har gjort.

»Ethvert skolebarn, der har lært at opsplitte et tal i faktorer, kan gøre det væsentligt hurtigere end vores computer,« siger ph.d.-studerende Alberto Politi, der sammen med sin medstuderende Jonathan Matthews har udførte eksperimentet under ledelse af professor Jeremy O’Brien.

»Men det er et helt afgørende bevis princippets anvendelighed,« tilføjer han.

I den aktuelle chip kobler forskerne fire fotoner ind og ud af en optisk chip ved hjæp af optiske fibre. Inde i chippen vekselvirker fotonerne med hinanden, der for det første sørger at bringe dem i to entangled tilstande. Entanglement er det kvantemekaniske trick, der gør, at man ikke regner med bits, der enten er ”0” eller ”1”, men med kvantebits, qubits, der både er ”0” og ”1” på samme tidspunkt.

Dernæst vekselvirker qubits med hinanden i henhold til Shors opskrift, og endelig detekterer de fotoner, som kommer ud af chippen. Tre af de fire output-fotoner, giver direkte en bestemmelse af ordenen for Eulers algoritme (se nederst).

Andre forskere har tidligere lavet kvanteberegninger baseret på Shors algoritme, men det har været i opstillinger, som kun vanskelig kan opskaleres til mange qubits. Ved at udføre hele beregningen på en optisk chip (silica-on-silicon) i form af bølgeledere, der danner flere en-bit eller to-bit qubit gates, åbner der sig et perspektiv for lave endnu mere komplicerede beregninger.

FAKTA: Eulers teorem
Faktorisering af et produkt af to primtal tager udgangpunkt i Eulers teorem fra 1736. For alle relative primtal a og N findes der er en mindste eksponent r, så a^r diveret med N giver en rest på 1 (a^r modulus N er lig med 1). Relative primtal er tal, som ikke har fælles divisorer bortset fra 1 – dvs. 8 og 9 er relative primtal).

Er N= 15 og a=2 ses det, at r=4, og primtalsfaktorer i N findes da som 2^4-1 = 0 (modulus 15). Det kan omskrives til, at (2^2-1)(2^2+1) = 0 (modulus 15) eller 3 x 5 = 0 (modulus 15). Heraf ses primtalsfaktorerne direkte.

Når N er et meget stort tal, som er produkt af to primtal, er den svære opgave af bestemme r. Det er stort set en umulig opgave med konventionelle computere.