Квантовые вычисления ?/! | Кодементор

**Нуль и единица. ** Именно так мы представляли вычисления до сих пор. Вот что такое классические вычисления. Но теперь совершенно новая концепция меняет наше представление о вычислениях.

В классических компьютерах все вращается вокруг транзисторов, самой основной единицы памяти. Как мы знаем, транзисторы — это в основном переключатель, который либо включен, либо выключен и, следовательно, представляет собой двоичную единицу или ноль. Типичный масштаб для транзиторов сегодня составляет около 14 нанометров, что примерно в 500 раз меньше, чем у человеческого эритроцита. По мере уменьшения этого масштаба мы приближаемся к пределам, при которых классические вычисления могут нормально работать. Причина в том, что классическая физика плохо работает в квантовой сфере. Ярким примером этого является квантовое туннелирование, при котором электроны туннелируют (проходят) через барьер, который они классически не могут преодолеть.

Но ученые используют эти необычные свойства в своих интересах, создавая квантовые компьютеры.

Классическое вычисление похоже на сольный голос — одна линия чистых тонов, сменяющих друг друга. Квантовое вычисление похоже на симфонию — множество линий тонов накладываются друг на друга. ― Сет Ллойд, Программирование Вселенной: ученый, занимающийся квантовыми компьютерами, исследует космос

Как классические компьютеры управляются битами, квантовые компьютеры управляются кубитами. Эти кубиты обладают различными свойствами, такими как суперпозиция и запутанность.

**Наложение: **
Представьте себе подбрасывание монеты. Мы знаем, что результат подбрасывания монеты двоичный, орел или решка. Но мы также знаем, что монета может оставаться в неопределенном состоянии. Пока он в воздухе, его состояние еще не определено, или можно сказать, что оно находится в обоих состояниях. Этот принцип наличия обоих состояний одновременно определяет наиболее важное свойство квантовых битов, называемое суперпозицией. Большинство из нас уже слышали о суперпозиции в классической сказке Скроденджера о коте, где кот одновременно жив и мертв. В тот момент, когда вы пытаетесь измерить кубит, он переходит в одно из определенных состояний. Если у нас есть 4 классических бита, у нас может быть 2 ^ 4 = 16 возможных комбинаций значений, из которых вы можете использовать любую комбинацию за раз. Однако 4 кубита могут находиться во всех этих 16 комбинациях одновременно.

**Запутанность: **
Два кубита могут быть связаны друг с другом таким образом, что изменение состояния одного вызывает мгновенную реакцию другого. Это означает, что, используя один запутанный кубит, мы можем вывести свойства другого.

Точно так же, как классические биты управляются с помощью логических вентилей, кубиты управляются с помощью квантовых вентилей. Квантовые вентили, принимающие в качестве входных данных суперпозицию и вращающиеся вероятности, дают другую суперпозицию в качестве выходных данных, в конечном итоге сводя эти суперпозиции к фактической последовательности нулей и единиц. Это позволяет выполнять полный набор расчетов одновременно.

1.png

Квантовые компьютеры требуют гораздо меньшего количества итераций по сравнению с классическими компьютерами, хотя с современными квантовыми компьютерами мало что можно сделать. Традиционный поиск в базе данных, который может потребовать N итераций, с квантовыми компьютерами требует только N итераций извлечения квадратного корня. Интерес к этой области чрезвычайно возрос после очень неожиданного открытия Питером Шором эффективных квантовых алгоритмов для задач целочисленной факторизации и дискретного логарифмирования в 1994 году. квантовый компьютер позволил бы нам взломать большинство современных классических криптографических систем.

Почти каждая крупная компания занимается исследованиями в области квантовых компьютеров. Google Bristlecone, новый квантовый вычислительный чип с 72 квантовыми битами или кубитами, приближает гонку за квантовое превосходство к концу, обгоняя предыдущего рекордсмена IBM с квантовым компьютером на 50 кубитов. Квантовое превосходство или «квантовое преимущество» — это потенциальная способность квантовых вычислительных устройств решать задачи, которые классические компьютеры практически не могут решить.

0.jpg

Теперь возникает важный вопрос: как мне начать писать квантовые алгоритмы? Microsoft отвечает на этот вопрос своим набором инструментов для квантовой разработки. Квантовый комплект разработки Microsoft поставляется с ориентированным на квантовую предметную область языком под названием Q#, средой квантового моделирования и множеством библиотек с открытым исходным кодом и образцами для начинающих.

Для запуска типичного квантового алгоритма в смоделированной среде, требующей около 30 кубитов, нужен компьютер с оперативной памятью около 16 ГБ, и это число растет экспоненциально. По мере того, как вы переходите от 30 кубитов к 40 кубитам, это число увеличивается с 16 ГБ до примерно 16 ТБ. Чтобы помочь с этим, Microsoft предлагает квантовый симулятор, размещенный на Azure.

Вы можете написать свой первый квантовый алгоритм уже сегодня. Чтобы начать работу, просто установите в своей системе пакет разработки MicrosoftQuantum.

Вы можете использовать его с сообществом Visual Studio или с кодом Visual Studio. Теперь клонируйте этот репозиторий https://github.com/microsoft/квантуми попробуйте образцы. Чтобы запустить эти примеры, вам просто нужен пакет разработчикаQuantum и пакет SDK для .NET.

2.png

(выше) Код телепортации сообщений, работающий в моей системе. Передача сообщения между 2 кубитами.

Некоторые хорошие чтения для квантовых вычислений.

Конспект лекций Рональда де Вольфа: здесь

Изучение Q# и понимание комплекта разработки MicrosoftQuant: здесь

Квантовые вычисления Йозефа Груски: здесь

Похожие записи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *