Hvad er kvanteberegning?

Det er brugen af kvantemekanik til at køre beregninger på specialiseret hardware.

Introduktion til kvanteberegning

For at kunne definere kvanteberegning fuldt ud skal vi først definere nogle nøglebegreber.

Hvad er kvante?

Kvante i "kvanteberegning" refererer til den kvantemekanik, som systemet bruger til at beregne output. I fysik er kvante den mindst mulige diskrete enhed af enhver fysisk egenskab. Det henviser normalt til egenskaber for atomar eller subatomare partikler, f.eks. elektroner, neutrinoer og fotoner.

Hvad er en qubit?

En qubit er den grundlæggende informationsenhed i kvanteberegning. Qubits spiller en lignende rolle i kvanteberegning som bits spiller i klassisk beregning, men de fungerer meget anderledes. Klassiske bits er binære og kan have en hvilken som helst 0- eller 1-position, men qubits kan have en superposition med alle mulige tilstande.

Hvad er kvanteberegning?

Kvantecomputere tøjler kvantefysikkens unikke funktionsmåde – såsom superposition, sammenfiltring og kvanteinterferens – og anvender det til beregning. Dette introducerer nye begreber til traditionelle programmeringsmetoder.

Superposition

I forbindelse med superposition er kvantepartikler en kombination af alle mulige tilstande. De varierer, indtil de er observeret og målt. En måde at afbilde forskellen mellem binær position og superposition på er at forestille sig en mønt. Klassiske bits måles ved at "slå plat og krone" og få plat eller krone. Men hvis du kunne kigge på en mønt og se både plat og krone samtidigt, samt alt derimellem, så ville mønten være i superposition.

Sammenfiltring

Sammenfiltring er kvantepartiklernes evne til at sammenligne deres resultater med hinanden. Når qubits sammenfiltres, danner de et enkelt system og påvirker hinanden. Vi kan bruge målingerne fra én qubit til at drage konklusioner om de andre. Ved at tilføje og sammenfiltre flere qubits i et system, kan kvantecomputere beregne flere oplysninger eksponentielt og løse mere komplicerede problemer.

Kvanteinterferens

Kvanteinterferens er den indbyggede funktionsmåde i en qubit pga. superposition til at påvirke sandsynligheden af, at den kollapser på den ene eller anden måde. Kvantecomputere er designet og bygget til at reducere interferens så meget som muligt og sikre de mest nøjagtige resultater. Til dette bruger Microsoft topologiske qubits, som stabiliseres ved at manipulere deres struktur og omgive dem med kemiske forbindelser, der beskytter dem mod ekstern interferens.

Hvordan fungerer kvanteberegning?

A quantum computer has three primary parts:

  • An area that houses the qubits
  • A method for transferring signals to the qubits
  • A classical computer to run a program and send instructions

For some methods of qubit storage, the unit that houses the qubits is kept at a temperature just above absolute zero to maximize their coherence and reduce interference. Other types of qubit housing use a vacuum chamber to help minimize vibrations and stabilize the qubits.

Signals can be sent to the qubits using a variety of methods, including microwaves, laser, and voltage.

Brug af kvantecomputer og anvendelsesområder

En kvantecomputer kan ikke gøre alting hurtigere end en klassisk computer, men der er nogle få områder, hvor kvantecomputere har potentiale til at gøre en stor forskel.

Kvantesimulering

Kvantecomputere fungerer utroligt godt til udformning af andre kvantesystemer, fordi de bruger kvantefænomener i deres beregning. Det betyder, at de kan håndtere kompleksiteten og tvetydigheden ved systemer, der ville overbelaste klassiske computere. Eksempler på kvantesystemer, som vi kan udforme, omfatter fotosyntese, superledningsevne og komplekse molekylære formationer.

Kryptografi

Klassisk kryptografi – såsom RSA-algoritmen (Rivest-Shamir-Adleman), som bruges i vid udstrækning til at beskytte dataoverførsler – er afhængig af genstridighederne ved problemer såsom faktorisering af heltal eller diskrete logaritmer. Mange af disse problemer kan løses mere effektivt ved hjælp af kvantecomputere.

Optimering

Optimering er processen for at finde den bedste løsning på et problem, hvor der tages højde for det ønskede resultat og begrænsninger. I videnskab og branchen træffes kritiske beslutninger på baggrund af faktorer såsom omkostninger, kvalitet og produktionstid – som alt sammen kan optimeres. Ved at køre kvanteinspirerede optimeringsalgoritmer på klassiske computere kan vi finde løsninger, der tidligere var umulige. Det hjælper os med at finde bedre måder at administrere komplekse systemer på, f.eks. trafikstrømme, tildelinger af flygates, pakkeleveringer og energilagring.

Maskinel kvanteindlæring

Maskinel indlæring på klassiske computere revolutionerer verden inden for videnskab og forretninger. Der er dog en høj beregningsomkostning ved at oplære modeller til maskinel indlæring, og det har forhindret omfanget og udviklingen af feltet. For at øge fremskridtet inden for dette område udforsker vi måder at udarbejde og implementere kvantesoftware på, som muliggør hurtigere maskinel indlæring.

Søgning

En kvantealgoritme, som blev udviklet i 1996, fremskyndede markant løsningen på ustrukturerede datasøgninger, så søgningen blev kørt i færre trin, end nogen klassisk algoritme kunne.

Ressourcer til Azure Quantum

Skab kvanteløsninger i dag som tidlig bruger af Azure Quantum Preview, der er et åbent cloudøkosystem med fuld stak. Få adgang til software, hardware og forhåndsskabte løsninger, og begynd at udvikle på en pålidelig, skalerbar og sikker platform.