Hva er en kvantebit?

Det er den grunnleggende informasjonsenheten i kvantedatabehandling

Forklaring av kvantebiter

På samme måte som en binær bit er den grunnleggende informasjonsenheten i klassisk (eller tradisjonell) databehandling, er en kvantebit (eller qubit) den grunnleggende informasjonsenheten i kvantedatabehandling. Kvantedatabehandling er drivkraften bak nye oppdagelser innen helsetjenester, energi, miljøsystemer, smarte materialer og mer.

Kvantebiter vs. biter

Kvantebiter representeres av en superposisjon av flere mulige tilstander

En kvantebit bruker det kvantemekaniske fenomenet superposisjon for å oppnå en lineær kombinasjon av to tilstander. En klassisk binær bit kan bare representere én binær verdi, for eksempel 0 eller 1, noe som betyr at den bare kan være i én av to mulige tilstander. En kvantebit kan imidlertid representere 0, 1 eller en hvilken som helst del av 0 og 1 i superposisjon av begge tilstandene, med en viss sannsynlighet på å være 0 og en viss sannsynlighet for å være 1.

Superposisjon gir kvantedatamaskiner suveren databehandlingskraft

Med superposisjon kan kvantealgoritmer behandle informasjon på en brøkdel av tiden det tar med selv de raskeste klassiske systemene for å løse visse problemer.

  • Mengden informasjon som et kvantebitsystem kan representere, vokser eksponentielt. Informasjonen som 500 kvantebiter enkelt kan representere, vil ikke være mulig selv med over 2500 klassiske biter.
  • En klassisk datamaskin ville ha brukt millioner av år på å finne primfaktorene for et 2048-biters tall. Kvantebiter kan utføre beregningen på bare noen minutter.

Det finnes mange fysiske implementeringer av kvantebiter

Mens klassiske datamaskiner bruker kjente silisiumbaserte brikker, kan kvantebiter (også kalt qubits) lages av ionefellesystemer, fotoner, kunstige eller ekte atomer eller kvasipartikler. Avhengig av arkitekturen og kvantebitsystemene krever enkelte implementeringer at kvantebitene lagres i temperaturer nær det absolutte nullpunktet.

Superposisjon, interferens og sammenfiltring

Superposisjon gjør at kvantealgoritmer kan utnytte andre kvantemekaniske fenomener, som for eksempel interferens og sammenfiltring. Sammen skaper superposisjon, interferens og sammenfiltring en datakraft som kan løse problemer eksponentielt raskere enn klassiske datamaskiner.

Interferens

En konsekvens av superposisjon er interferens. Kvantebittilstander kan påvirke hverandre fordi hver tilstand beskrives av en sannsynlighetsamplitude, akkurat som amplitudene til bølger.

Konstruktiv interferens forbedrer amplituden, mens destruktiv interferens reduserer amplituden. Disse effektene brukes i algoritmer for kvantedatabehandling, noe som gjør dem fundamentalt forskjellige fra klassiske algoritmer. Interferens brukes sammen med sammenfiltring for å muliggjøre kvanteakselerasjonen fra kvanteberegning.

Sammenfiltring

Flere kvantebiter kan være i kvantesammenfiltring. Sammenfiltrede kvantebiter samsvarer alltid med hverandre for å danne ett enkelt system. Selv når de er uendelig langt fra hverandre, kan vi ved å måle tilstanden til en av kvantebitene også finne tilstanden til den andre, uten å måtte måle den direkte.

Sammenfiltring kreves for enhver kvantumsberegning, og den kan ikke utføres effektivt på en klassisk datamaskin. Programmer inkluderer oppdeling av faktorer for store tall (Shors algoritme) og å løse søkeproblemer (Grovers algoritme).

Kvantebiter i fremtiden

Etter hvert som kvanteteknologien utvikles, kommer vi nærmere i å finne løsninger på noen av verdens mest utfordrende problemer. Selv om dette nye paradigmet har et utrolig potensial, er kvantedatabehandling fortsatt i sin spede begynnelse.

Kvantebiter er skjøre

En av de største utfordringene i kvantedatabehandling er at kvantebitene er så skjøre. Sammenfiltring av kvantebitsystemet med miljøet, inkludert måleoppsettet, kan enkelt forstyrre systemet og forårsake dekoherens. Forbedringer i maskinvarekonstruksjon og feilrettingsmetoder for kvantedatabehandling er derfor under utvikling.

Topologiske kvantebiter er mer stabile

For å håndtere utfordringen med skjørhet bruker Microsoft topologiske kvantebiter, som stabiliseres ved å manipulere strukturen og omgi dem med kjemiske forbindelser som beskytter dem mot forurensning utenfra. Topologiske kvantebiter beskyttes mot støy på grunn av kvasipartiklenes topologiske egenskaper, noe som gjør Microsofts kvantemaskinvare mer robust mot feil. Denne økte stabiliteten vil hjelpe kvantedatamaskinens skala til å fullføre lengre, mer komplekse beregninger for å bringe mer komplekse løsninger innenfor rekkevidde.

Azure Quantum-ressurser

Utvikle kvanteløsninger i dag ved å være blant de første som tar i bruk forhåndsversjonen av Azure Quantum, et komplett åpent skyøkosystem. Få tilgang til programvare, maskinvare og forhåndsbygde løsninger, og kom i gang med utviklingen på en anerkjent, skalerbar og svært sikker plattform.