Hvad er en kvantebit?
Forklaring af kvantebits
På samme måde som en binær bit er den grundlæggende informationsenhed i klassisk (eller traditionel) databehandling, er en kvantebit den grundlæggende informationsenhed i kvanteberegning. Kvanteberegning danner basis for nye opdagelser inden for sundhedsvæsenet, energiområdet, miljøsystemer, intelligente materialer med mere.
Kvantebit vs. bit
Kvantebits er repræsenteret af en superposition af flere mulige tilstande
En kvantebit bruger det kvantemekaniske fænomen superposition til at opnå en lineær kombination af to tilstande. En klassisk binær bit kan kun repræsentere en enkelt binær værdi, f. eks. 0 eller 1, hvilket betyder, at den kun kan være i én af to mulige tilstande. En kvantebit kan imidlertid repræsentere 0, 1 eller en vilkårlig del af 0 og 1 i superposition af begge tilstande med en given sandsynlighed for at være 0 og en given sandsynlighed for at være 1.
Superposition giver kvantecomputere en uovertruffen databehandlingskapacitet
Med superposition kan kvantealgoritmer behandle oplysninger på en brøkdel af den tid, det tager for selv de hurtigste klassiske systemer at løse bestemte problemer.
- Den mængde informationer, som et kvantesystem kan repræsentere, vokser eksponentielt. 500 kvantebits kan nemt repræsentere lige så mange informationer som mere end 2^500 klassiske bit ville kunne.
- Det vil tage en klassisk computer millioner af år at finde primfaktorerne for et 2.048-bit tal. Kvantebits kan udføre beregningen på blot få minutter.
Der er mange fysiske implementeringer af kvantebits
Hvor klassiske computere bruger velkendte silikonebaserede chips, kan kvantebits (nogle gange kaldet "kvantecomputer-kvantebits") være opbygget af fangede ioner, fotoner, kunstige og ægte atomer eller kvasipartikler. Afhængigt af arkitekturen og kvantebitsystemerne har nogle af implementeringerne brug for, at deres kvantebits opbevares ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt.
Superposition, interferens og sammenfiltring
Superposition giver kvantealgoritmer mulighed for at udnytte andre kvantemekaniske fænomener, f.eks. interferens og sammenfiltring. Sammen skaber superposition, interferens og sammenfiltring en beregningskraft, der kan løse problemer eksponentielt hurtigere end klassisk computere.
Interferens
En konsekvens af superposition er interferens. Kvantebit-tilstande kan interferere med hinanden, da hver tilstand beskrives ved hjælp af en sandsynlighedsamplitude, fuldstændig ligesom bølgers amplitude.
Konstruktiv interferens forbedrer amplituden, mens destruktiv interferens annullerer amplituden. Disse effekter bruges i kvanteberegningsalgoritmer, hvilket gør dem fundamentalt anderledes end klassiske algoritmer. Interferens bruges sammen med sammenfiltring til at aktivere den kvanteacceleration, som kvanteberegningen giver løfte om.
Sammenfiltring
Flere kvantebits kan have kvantesammenfiltring. Sammenfiltrede kvantebits er altid korreleret med hinanden, så de danner ét system. Selv når de er uendelig langt væk, kan vi ved at måle tilstanden for en af kvantebitsene se den andens tilstand, uden at det er nødvendigt at måle den direkte.
Sammenfiltring er påkrævet til enhver kvanteberegning, og den kan ikke effektivt udføres på en klassisk computer. Anvendelsesområderne omfatter faktorisering af store tal (Shors algoritme) og løsning af søgeproblemer (Grovers algoritme).
Fremtiden for kvantebits
Kvantebits er skrøbelige
En af de vigtigste udfordringer i kvanteberegning er kvantebits skrøbelige natur. Sammenfiltring af kvantebitsystemet og dets miljø, herunder målingskonfigurationen, kan nemt forstyrre systemet og medføre dekohærens. Derfor udvikles der aktuelt forbedringer inden for konstruktion af hardware til kvanteberegning og metoder til fejlrettelse.
Topologiske kvantebits er mere stabile
Microsoft bruger topologiske kvantebits for at imødegå udfordringen ved skrøbelighed. For at stabilisere dem manipuleres deres struktur, og de omgives af kemiske forbindelser, der beskytter dem mod ekstern kontamination. Topologiske kvantebits er beskyttet mod støj på grund af kvasipartiklernes topologiske egenskaber, der gør Microsofts kvantehardware mere robust over for fejl. Den øgede stabilitet hjælper kvantecomputeren med at skalere for at fuldføre længere, mere komplekse beregninger, så mere komplekse løsninger bliver mulige.
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 yderst sikker platform.
Få mere at vide om Azure Quantum
Begynd at udvikle med Quantum DK
Få et overblik over Microsofts teknologi til kvanteberegning