Grianghraf le Markus Spiske

QC - Cad iad Qubits i ríomhaireacht Quantum?

Is iad Qubits an chroí-chomhpháirt i ríomhaireacht chandamach. Le sár-sheasamh, is féidir linn méid easpónantúil faisnéise a ionchódú ar féidir réiteach a scála níos fearr ná an ríomhaireacht chlasaiceach. I gCuid 1, féachaimid ar an spreagadh le haghaidh ríomhaireachta chandamach agus déanaimid staidéar ar roinnt prionsabal meicnic chandamach. I gcuid 2 anseo, téann muid isteach i gcroílár na ríomhaireachta chandamach agus déanaimid coincheap na gcártaí a dhealú.

Superposition

Tá coincheap an superposition tábhachtach mar is é seo a bhfuil qubits (giotán chandamach) faoi! Mar sin, tosaímid ar mhúnla matamaiticiúil a fhorbairt don casadh. Ná bíodh eagla ort, tá sé simplí go leor. Beidh an luas níos moille sa chuid seo ionas gur féidir leat am a thógáil chun dul i dtaithí ar an nodaireacht i meicnic chandamach. Tógann sé bunús rud éigin spraoi go leor. Chomh maith leis sin, tá an mhatamaitic i bhfad níos simplí ná an teoiric a réiteach le intuition.

Nuair a deirimid go bhfuil casadh cáithnín i bhforshuíomh stáit, ciallaíonn sé go simplí go bhfuil sé i gcomhcheangal líneach de casadh suas agus anuas. Seo an chothromóid sa nodaireacht Dirac.

Tugtar an aimplitiúid ar an gcomhéifeacht α.

Anseo, níl sna casadh suas agus na stáit casadh anuas ach na veicteoirí bunúsacha. Tá an coincheap cosúil leis na veicteoirí bonn x, y i ndlí na gluaisne san Fhisic.

Níl sa nodaireacht Dirac | ψ⟩ ach foirm ghearr do mhaitrís.

Is iad | 0⟩ agus | 1⟩ an dá veicteoir bonn ortógacha atá ionchódaithe mar:

Tá défhoirm ann freisin a scríobhtar mar:

Níl sa mhatamaitic ach iolrú maitrís agus ailgéabar líneach. Ní dhéanaimid ach é a ghiorrú le nodaireacht Dirac. Nuair a bheidh tú eolach air, is féidir linn a lán ciorruithe gearra a dhéanamh chun iad a ionramháil go héasca. Mar shampla, is é an táirge istigh de dhá veicteoir bonn orthogonal ⟨0 | 1⟩ iolrú na maitrís 1 × 2 agus 2 × 1. Tá sé nialas i gcónaí. Is é táirge istigh aon superposition, ie an dóchúlacht iomlán = 1.

Seo roinnt stát superposition níos mó agus an mhaitrís chomhfhreagrach.

Más mian leat tuilleadh sonraí ar an nodaireacht arís, seo achoimre ar do thagairt níos déanaí. Ach déanaimis rud éigin tábhachtach.

Idir tomhais, is féidir linn na sár-shuíomhanna a ionramháil. Ach nuair a thomhaiseann muid an casadh suas, titeann an sár-sheasamh go ceann de na stáit fhéideartha, ie | 0⟩ nó | 1⟩. Seo croíphrionsabal na dinimic chandamach, agus an chaoi a n-oibríonn an dúlra. Ligean le rá go bhfuil cáithnín i:

Is ionann an seans go dtitfidh sé go stát áirithe agus cearnóg an aimplitiúid chomhfhreagraigh. Casadh sé amach go múnlaíonn an modh seo na torthaí turgnamhacha go han-mhaith. Mar shampla, is é 1/2 an seans an cáithnín a thomhas i spin-up.

Tá riail shoiléir amháin ann nach mór dúinn a leanúint. Is iad na dóchúlachtaí go ndéanfar gach stát féideartha a thomhas suas le 1 (⟨ψ | ψ⟩ = 1). Chun é seo a fhorfheidhmiú, déanaimid

Is féidir linn an superposition a shamhlú mar phointe atá suite ar dhromchla sféar aonaid. Is é an casadh suas agus síos ach cuaille thuaidh agus theas an sféir faoi seach. Mar sin is sampla eile de staid superposition é an ponc dearg thíos. Nuair a dhéantar é a thomhas, cuireann an dúlra iallach air taobh a thógáil, suas nó síos.

Ach nílim 100% macánta leat. Chun an superposition a léiriú i ndáiríre mar an sféar Bloch thuas, is féidir leis an aimplitiúid α a bheith ina uimhir chasta mar:

Seo luachanna na sár-shuíomhanna sna sé choirnéal.

Chun an dóchúlacht a ríomh, ríomhimid cearnóg an norm, ie iolraigh an aimplitiúid lena comhchuingeach casta. (Is é an comhchuingeach casta 3 + 4i ná 3–4i)

Caithfimid súil ghéar a choinneáil ar “giotán vs qubits”. Léiríonn giotán ceann amháin den dá luach a d’fhéadfadh a bheith ann, 0 nó 1. Léiríonn qubit pointí ar dhromchla an sféir aonaid. Maidir le babhta 1, bhuaigh qubit beagán ar an méid stát is féidir leis a léiriú.

Ina theannta sin, is féidir linn stáit chandamach a chur le chéile chun córas ilchodach a fhoirmiú. De réir phrionsabal na meicnice chandamach, déantar córas ilchodach a shamhaltú le táirge tensóra.

áit

Mar shampla, is córas ilchodach é seo le 2 spins síos agus 1 casadh suas:

Go gairid, feicfimid cén fáth go bhfuil sé seo chomh cumhachtach - rud nach féidir le ríomhaireacht chlasaiceach a sheachadadh. Seo sampla eile 3-qubits:

Foinse

Seo thíos na cothromóidí ginearálta a chuireann síos ar chóras 2 chiúb. Comhdhéanann sé spins 2 cháithnín.

Mar sin tá 4 veicteoir bonn ríomhaireachta ag an stát chandamach nua, eadhon | 00⟩, | 01⟩, | 10⟩, agus | 11⟩ le 4 chomhéifeacht chasta.

Maidir le 3-qubits, tá 8 againn.

Fásann an córas go heaspónantúil. Tá 64-Qubits

veicteoirí bunús. Ba é an Pota Óir crannchuir is mó sna SA ná 1.6 billiún dollar. Baineann dhá cheann le cumhacht 64 leis an gcrannchur is mó a bhuachan 30 billiún uair. Le 64-qubits, is féidir linn a lán sonraí a ionchódú agus a ionramháil trí na comhéifeachtaí (toisí) billiún billiún seo a úsáid. Bhuaigh Qubits babhta a dó.

Ag méadú na gcoirníní go líneach, leathnaímid an acmhainn faisnéise go heaspónantúil.

Ach, tá ghabháil mhór ann! Is féidir linn faisnéis a ionramháil i spás tríthoiseach an-ard ach ní féidir linn na comhéifeachtaí sin a léamh go díreach. Nuair a bhíonn na hoibríochtaí go léir críochnaithe, is é an t-aon bhealach chun na coirnéil a “léamh” ná é a thomhas a fhilleann ar cheann de na stáit amháin (ní an chomhéifeacht).

Nuair a dhéantar coirnéil a thomhas, ní hionann an toilleadh agus giotáin. Tá sé thar a bheith deacair halgartaim a dhearadh faoin srian seo. Tá coincheap turbocharged againn ach tá an bealach chun rudaí a dhéanamh awkward. Beimid ag teacht ar ais chuige seo níos déanaí.

Foinse

Ar Aghaidh

Anois, tuigimid na Qubits, atá coibhéiseach le giotáin sa ríomhaire clasaiceach ach i bhfad níos cumhachtaí. I ríomhaire clasaiceach, tá oibreoirí +, -, ×, ÷ againn chun giotáin a ionramháil. Níl aon cheann acu ag ríomhairí chandamach. Mar sin, conas a dhéanaimid ionramháil ar choileáin? Tabharfar freagra air seo san alt seo a leanas.

Seo an t-innéacs don tsraith iomlán: