Navigatie overslaan

Wat is quantumcomputing?

Quantummechanica wordt toegepast om berekeningen op gespecialiseerde hardware uit te voeren.

Inleiding tot quantumcomputing

Voor een volledige definitie van quantumcomputing, moeten eerst enkele belangrijke termen worden gedefinieerd.

Wat is quantum?

Het 'quantum' in 'quantumcomputing' verwijst naar de quantummechanica die het systeem gebruikt voor het berekenen van uitvoer. In de natuurkunde is een quantum de kleinst mogelijke ondeelbare eenheid van een fysieke eigenschap. Het verwijst doorgaans naar eigenschappen van atomaire of subatomaire deeltjes, zoals elektronen, neutrino's en fotonen.

Wat is een qubit?

Een qubit is de basiseenheid van informatie in quantumcomputing. Qubits spelen een soortgelijke rol in quantumcomputing als bits in klassieke computing, maar ze gedragen zich op een heel andere manier. Klassieke bits zijn binair en kunnen zich alleen in een positie 0 of 1 bevinden, maar qubits kunnen zich in een superpositie van alle mogelijke toestanden bevinden.

Wat is quantumcomputing?

Quantumcomputers maken gebruik van het unieke gedrag dat door de quantumfysica wordt beschreven, zoals superpositie, verstrengeling en quantuminterferentie, en passen dit toe tijdens het maken van berekeningen. Zo worden nieuwe concepten bij traditionele programmeermethoden geïntroduceerd.

Superpositie

In superpositie nemen quantumdeeltjes een combinatie van alle mogelijke toestanden aan. Ze fluctueren tot ze worden waargenomen en gemeten. Een manier om te begrijpen wat het verschil is tussen binaire positie en superpositie, is om u een munt voor te stellen. Klassieke bits worden gemeten door een 'munt op te gooien' en te kijken op welke zijde deze landt: kop of munt. Als het echter mogelijk zou zijn om naar een munt te kijken en tegelijkertijd zowel de kop- als de muntzijde te zien en alle andere mogelijke toestanden daartussen, dan zou de munt zich in superpositie bevinden.

Verstrengeling

Verstrengeling is het vermogen van quantumdeeltjes om hun meetresultaten met elkaar te correleren. Wanneer qubits met elkaar verstrengeld zijn, vormen ze één systeem en beïnvloeden ze elkaar. We kunnen de metingen van één qubit gebruiken om conclusies over de andere te trekken. Door meer qubits aan een systeem toe te voegen en met elkaar te verstrengelen, is het met quantumcomputers mogelijk om exponentieel meer informatie te berekenen en complexere problemen op te lossen.

Quantuminterferentie

Quantuminterferentie is het intrinsieke gedrag van een qubit vanwege superpositie om de kans op ineenstorting tot de ene of andere toestand te beïnvloeden. Quantumcomputers zijn ontworpen en gebouwd om interferentie zoveel mogelijk te beperken en om ervoor te zorgen dat de resultaten zo accuraat mogelijk zijn. Om dit te bereiken, gebruikt Microsoft topologische qubits die zijn gestabiliseerd door hun structuur te manipuleren en deze te omgeven met chemische verbindingen die hen tegen externe interferentie beschermen.

Hoe werkt quantumcomputing?

Een quantumcomputer bevat drie hoofdonderdelen:

  • Een gebied waar de qubits zich bevinden
  • Een methode voor het overdragen van signalen naar de qubits
  • Een klassieke computer voor het uitvoeren van een programma en het verzenden van instructies

Voor sommige methoden van qubitopslag wordt de eenheid die de qubits bevat, gekoeld tot een temperatuur vlak boven het absolute nulpunt om de coherentie te maximaliseren en interferentie te verkleinen. Bij andere typen systemen die qubits bevatten, wordt gebruikgemaakt van een vacuümkamer om trillingen te minimaliseren en de qubits te stabiliseren.

Signalen kunnen naar de qubits worden verzonden met behulp van diverse methoden, waaronder microgolven, lasers en spanningsverschillen.

Gebruiksscenario's en toepassingsgebieden voor quantumcomputers

Een quantumcomputer kan niet alles sneller doen dan een klassieke computer, maar er zijn een paar gebieden waar quantumcomputers potentieel een grote impact kunnen hebben.

Quantumsimulatie

Quantumcomputers werken uitzonderlijk goed voor het modelleren van andere quantumsystemen, omdat ze gebruikmaken van quantumverschijnselen in berekeningen. Dit betekent dat ze de complexiteit en dubbelzinnigheid van systemen kunnen verwerken die klassieke computers zouden overbelasten. Voorbeelden van quantumsystemen die we kunnen modelleren, zijn onder andere fotosynthese, supergeleiding en complexe moleculaire vormen.

Cryptografie

Klassieke cryptografie, zoals het RSA-algoritme (Rivest-Shamir-Adleman) dat veel wordt gebruikt voor het beveiligen van gegevensoverdrachten, is gebaseerd op de onoplosbaarheid van problemen, zoals ontbinding in priemgetallen of discrete logaritmen. Veel van die problemen kunnen echter efficiënter worden opgelost met behulp van quantumcomputers.

Optimalisatie

Optimalisatie is het proces van het vinden van de beste oplossing voor een probleem, gegeven de gewenste resultaten en beperkingen. In de wetenschap en industrie worden essentiële beslissingen genomen op basis van factoren zoals kosten, kwaliteit en productietijd, die allemaal kunnen worden geoptimaliseerd. Door het uitvoeren van op quantum geïnspireerde optimalisatiealgoritmen op klassieke computers, komen we tot oplossingen die voorheen onmogelijk waren. Dit helpt ons om betere manieren te vinden om complexe systemen te beheren, zoals verkeersstromen, toewijzing van gates voor vliegtuigen, pakketbezorging en energieopslag.

Quantum-machine learning

Machine learning op klassieke computers brengt een revolutie teweeg in de wereld van de wetenschap en het bedrijfsleven. Het trainen van machine learning-modellen kost echter enorm veel rekenkracht, en dat heeft het bereik en de ontwikkeling van dit gebied altijd in de weg gestaan. Om de vooruitgang op dit gebied te versnellen, gaan we verkennen hoe we quantumsoftware kunnen ontwerpen en implementeren om machine learning sneller te kunnen uitvoeren.

Zoeken

Een in 1996 ontwikkeld quantumalgoritme zorgde ervoor dat ongestructureerde gegevenszoekopdrachten fors sneller en in minder stappen konden worden uitgevoerd dan met welk klassiek algoritme ooit tevoren.

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 veilig platform.