Navigatie overslaan

Wat is een qubit?

Dit is de basiseenheid van informatie in quantumcomputing

Qubit uitgelegd

Net zoals een binaire bit de basiseenheid van informatie in klassieke (of traditionele) computing is, is een qubit (of quantumbit) de basiseenheid van informatie in quantumcomputing. Quantumcomputing stimuleert nieuwe ontdekkingen in de gezondheidszorg, energie, milieusystemen, slimme materialen en daarbuiten.

Qubit versus bit

Qubits worden vertegenwoordigd door een superpositie van meerdere mogelijke statussen

Een qubit maakt gebruik van het quantummechanische fenomeen van superpositie om een lineaire combinatie van twee statussen te krijgen. Een klassieke binaire bit kan maar één binaire waarde vertegenwoordigen, zoals 0 of 1, wat betekent dat deze slechts een van twee mogelijke statussen kan hebben. Een qubit kan echter een 0, een 1 of elk deel van 0 en 1 vertegenwoordigen in de superpositie van beide statussen, waarbij er een bepaalde waarschijnlijkheid van 0 en een bepaalde waarschijnlijkheid van een 1 is.

Superpositie geeft quantumcomputers superieure rekenkracht

Met superpositie kunnen quantumalgoritmen gegevens verwerken in een fractie van de tijd die zelfs de snelste klassieke systemen nodig zouden hebben om bepaalde problemen op te lossen.

  • De hoeveelheid gegevens die een qubitsysteem kan vertegenwoordigen, groeit exponentieel. Informatie die 500 qubits eenvoudig kan vertegenwoordigen, is zelfs niet mogelijk met meer dan 2500 klassieke bits.
  • Een klassieke computer zou miljoenen jaren nodig hebben om de priemfactoren van een 2.048-bits getal te vinden. Qubits kan de berekening in slechts enkele minuten uitvoeren.

Er zijn veel fysieke implementaties van qubits

Wanneer klassieke computers vertrouwde chips op basis van siliconen gebruiken, kunnen qubits (ook wel 'quantumcomputerqubits' genoemd) worden gemaakt op basis van overlappende ionen, fotonen, kunstmatige of echte atomen of quasi-deeltjes. Afhankelijk van de architectuur en qubitsystemen, moeten sommige implementaties hun qubits houden bij een temperatuur die dicht bij een absolute nul ligt.

Superpositie, interferentie en verstrengeling

Dankzij superpositie kunnen quantumalgoritmen gebruikmaken van andere quantummechanische fenomenen, zoals interferentie en verstrengeling. Samen vormen superpositie, interferentie en verstrengeling computerkracht die problemen exponentieel sneller kan oplossen dan klassieke computers.

Interferentie

Een gevolg van de superpositie is interferentie. Qubit-statussen kunnen conflicten veroorzaken met elkaar, omdat elke staat wordt beschreven door een waarschijnlijkheidsamplitude, net als de amplitudes van golven.

Constructieve interferentie verbetert de amplitude, terwijl destructieve interferentie amplitude afbreekt. Deze effecten worden gebruikt bij algoritmen voor quantumcomputing, waardoor ze fundamenteel afwijken van klassieke algoritmen. Interferentie wordt gebruikt in combinatie met verstrengeling om de quantumversnelling mogelijk te maken die is beloofd door quantumberekening.

Verstrengeling

Meerdere qubits kunnen quantumverstrengeling vertonen. Verstrengelde qubits correleren altijd met elkaar om één systeem te vormen. Zelfs als ze oneindig ver uit elkaar liggen, kunnen we door de status van een van de qubits te meten te weten komen wat de status van de andere is, zonder dat we deze rechtstreeks hoeven te meten.

Verstrengeling is vereist voor elke quantumberekening en kan niet op een efficiënte manier worden uitgevoerd op een klassieke computer. Toepassingen zijn onder andere factoring van grote aantallen (algoritme van Shor) en oplossen van zoekproblemen (algoritme van Grover).

De toekomst van qubits

Naarmate quantumtechnologieën verder ontwikkeld worden, komen we dichter bij oplossingen voor enkele van de meest uitdagende problemen. Hoewel dit nieuwe paradigma een ongelooflijke kans biedt, staat quantumcomputing nog heel erg in de kinderschoenen.

Qubits zijn kwetsbaar

Een van de belangrijkste obstakels in de quantumcomputing is de kwetsbare aard van qubits. Verstrengeling van het qubitsysteem met de omgeving, met inbegrip van de meetinstellingen, kan het systeem eenvoudig verstoren en ontsleuteling veroorzaken. Daarom worden er op dit moment verbeteringen in hardwareconstructie en foutcorrectiemethoden van quantumcomputing ontwikkeld.

Topologische qubits zijn stabieler

Om de uitdaging van breekbaarheid aan te pakken, gebruikt Microsoft topologische qubits die zijn gestabiliseerd door hun structuur te manipuleren en deze te omgeven met chemische verbindingen die hen tegen externe besmetting beschermen. Topologische qubits worden beschermd tegen ruis als gevolg van de topologische eigenschappen van quasi-deeltjes, waardoor de quantumhardware van Microsoft beter bestand is tegen fouten. Dankzij deze grotere stabiliteit wordt de quantumcomputer zo uitgebreid dat er langere, complexere berekeningen kunnen worden uitgevoerd om complexere oplossingen binnen handbereik te brengen.

Azure Quantum-resources

Bouw vandaag nog quantumoplossingen als een early adopter van de preview-versie van Azure Quantum, een full-stack, open cloudecosysteem. Krijg toegang tot software, hardware en vooraf ontwikkelde oplossingen en begin met het ontwikkelen van een vertrouwd, schaalbaar en in hoge mate veilig platform.