Trace Id is missing
Ugrás a tartalomra

Mi az a kvantumbit?

Az információ alapegysége a kvantum-számítástechnikában.

A kvantumbit fogalma

Ahogyan a klasszikus (vagy hagyományos) informatikában a bináris bit az információ alapegysége, a kvantumbit (vagy qubit) az információ alapegysége a kvantuminformatikában. A kvantuminformatika új felfedezések forrása az egészségügy, az energiaipar, a környezetvédelem, az okosanyagok és sok más terület számára is.

A kvantumbit és a bit összehasonlítása

A kvantumbitek több lehetséges állapot szuperpozíciójaként ábrázolhatók

A kvantumbitek a szuperpozíció kvantummechanikai jelenségét kihasználva veszik fel két állapot lineáris kombinációját. Egy klasszikus, bináris bit csak egyetlen bináris értéket, vagyis 0-t vagy 1-et ábrázolhat, így csak kétféle állapotban lehet. Egy kvantumbit azonban ábrázolhat 0-t, 1-et, vagy a 0 és az 1 állapot tetszőleges arányú szuperpozícióját úgy, hogy egy bizonyos valószínűséggel 0, egy bizonyos valószínűséggel pedig 1.

A szuperpozíció adja a kvantumszámítógépek nagyobb számítási teljesítményét

A szuperpozíciónak köszönhető, hogy a kvantumalgoritmusok annak az időnek a töredéke alatt képesek információt feldolgozni, amely alatt a leggyorsabb klasszikus rendszerek oldanak meg egyes problémákat.

  • A kvantumbitrendszerekben ábrázolható információmennyiség exponenciálisan nő. Az 500 kvantumbiten könnyedén ábrázolható információt 2^500 klasszikus biten sem lehetne tárolni.
  • Egy klasszikus számítógép csak évmilliók alatt tudná kiszámítani egy 2048 bites szám prímtényezőit. Kvantumbitekkel ez a számítás percek alatt elvégezhető.

A kvantumbiteknek sokféle fizikai implementációjuk létezik

Míg a klasszikus számítógépek a jól ismert szilíciumalapú chipekre épülnek, a "kvantum-számítógépes qubiteknek" is nevezett kvantumbitek befogott ionokból, fotonokból, mesterséges vagy természetes atomokból, vagy kvázirészecskékből készíthetők. Az architektúrától és a kvantumbit-rendszerektől függően egyes implementációkhoz a kvantumbiteket az abszolút nullához közeli hőmérsékleten kell tartani.

A kvantumbit és a bit ábrázolása

Szuperpozíció, interferencia és összefonódás

A szuperpozíciónak köszönhető, hogy a kvantumalgoritmusok más kvantummechanikai jelenségekre, például az interferenciára és az összefonódásra is építhetnek. A szuperpozíció, az interferencia és az összefonódás együttese hozza létre azt a számítási teljesítményt, amely a klasszikus számítógépeknél exponenciálisan gyorsabban képes problémákat megoldani.

Interferencia

A szuperpozíció egyik következménye az interferencia. A kvantumbit-állapotok azért mutatnak interferenciát egymással, mert mindegyik állapotot egy, a hullámok amplitúdójához hasonló valószínűségi amplitúdó írja le.

Az erősítő interferencia növeli az amplitúdót, a kioltó interferencia pedig csökkenti. Ezeket az effektusokat felhasználják a kvantumszámítási algoritmusokban, amelyek ezáltal alapvetően különböznek a klasszikus algoritmusoktól. Az összefonódással együtt használt interferencia teszi elérhetővé a kvantuminformatika által ígért kvantumos sebességnövekedést.

Összefonódás

Több kvantumbit kvantum-összefonódást mutathat. Az összefonódott kvantumbitek mindig kapcsolatban állnak egymással, így egyetlen rendszert alkotnak. Egy kvantumbit állapotának megmérésével még akkor is közvetlen mérés nélkül megismerhető a másiknak az állapota, ha egymástól végtelen távolságban vannak.

Az összefonódás a kvantumszámítások szükséges feltétele, amelyek klasszikus számítógépen nem végezhetők el hatékonyan. Az alkalmazási területei közé tartozik a nagy számok prímtényezős felbontása (Shor-algoritmus) és keresési problémák megoldása (Grover-algoritmus).

A kvantumbitek jövője

A kvantumtechnológiák fejlődésével egyre közelebb juthatunk a világ néhány legnehezebb problémájának megoldásához. Ez az új paradigma óriási lehetőségeket rejt, de a kvantuminformatika még gyermekcipőben jár.

A kvantumbitek sérülékenyek

A kvantuminformatika egyik legjelentősebb gátló tényezője a kvantumbitek sérülékenysége. A kvantumbit-rendszer összefonódása a környezetével, beleértve a mérőberendezést is, könnyen megzavarhatja a rendszert, és a koherencia elvesztéséhez vezethet. Ezt figyelembe véve folyik jelenleg a kvantumszámítógép-hardver és a hibajavítási módszerek fejlesztése.

A topológiai kvantumbitek stabilabbak

A sérülékenységből adódó nehézségek elkerülésére a Microsoft topológiai kvantumbiteket használ, amelyeket úgy stabilizálunk, hogy manipuláljuk a szerkezetüket, és olyan kémiai vegyületekkel vesszük körbe őket, amelyek védik őket a külső behatásoktól. A topológiai kvantumbitek a kvázirészecskék topológiai jellemzőinek köszönhetően védve vannak a zajtól, ezért a Microsoft kvantumhardvere jobban ellenáll a hibáknak. Ennek a fokozott stabilitásnak köszönhetően érhet el a kvantumszámítógép hosszabb és összetettebb számítások elvégzéséhez alkalmas méreteket, elérhető közelségbe hozva az összetettebb megoldásokat.

Azure Quantum-források

Már ma létrehozhat kvantummegoldásokat az Azure Quantumnak, a teljes értékű nyitott felhőalapú ökoszisztéma előzetes verziójának korai felhasználójaként. Szoftvereket, hardvereket és előre elkészített megoldásokat használhat, és elkezdheti a munkát egy rendkívül megbízható, skálázható és biztonságos platformon.

További információ az Azure Quantumról

Az első lépések a Quantum DK fejlesztőkészlettel

A Microsoft kvantuminformatikai technológiájának áttekintése

A Microsoft Quantum blogja