Kan du förklara vad som är skillnaden mellan en kvantdator och en normal dator, dess fördelar och nackdelar?


Svar 1:

Jag ska försöka förklara hur en kvantdator fungerar ur det grundläggande kvantmekanikperspektivet. I synnerhet förstår jag kvantmekanik i viss utsträckning och jag vet vad en kvantdator är, så kommer att försöka destillera detta till hur de kan fungera.

En kvantdator använder qubits, som är kvantbitar. Qubits kan existera i en superposition av två mätlägen fram till den tid de mäts. Mätning ger ett av två möjliga värden, precis som en klassisk bit.

Kvantelogik består av att kunna manipulera qubits utan att mäta dem. Detta innefattar manipulation av superpositionen av enstaka qubits såväl som interaktioner mellan qubits. Alla dessa interaktioner kallas enhetliga, eftersom de kan beskrivas av en Hamiltonian operatör som utvecklar kvanttillståndet i tid utan förlust av information.

En kvantealgoritm tar ett antal ingångsbitar, som tillsammans representerar en initial kvantvågfunktion. Algoritmen är kodad i arrangemanget av kvantlogiska element, som bestämmer hur kvantvågfunktionen utvecklas i tid. När vågfunktionen har utvecklats förbi alla grindar kan du läsa utgången, som kollapsar varje qubit till ett av två binära tillstånd.

Totalt är en kvantdator en enhet som tar en specifik kvantvågfunktion och utvecklar den enligt någon specifik Hamiltonian-algoritm så att den slutliga tillståndsmätningen kollapsar till den önskade lösningen. Generellt måste du köra utvecklingen många gånger för att bestämma det genomsnittliga uppmätta resultatet, vilket borde vara den önskade produktionen.

Hur i all värld fungerar allt detta?

Tricket ligger i kvanttillståndets utveckling. Arrangemanget av grindar som definierar algoritmen definierar ett nätverk av logiska beslut. Kvantmekanik tillåter emellertid att alla beslut fattas på en gång. Vissa beslut är bra och andra är dåliga. De goda besluten bör interferera konstruktivt, medan de dåliga besluten stör störande. Men det betyder att alla beslut fattas och testas varje gång algoritmen körs. Detta är källan till den potentiella hastigheten. Däremot måste en klassisk dator fatta bestämda beslut så att endast ett möjligt beslutsträd kan testas åt gången.

En kvantdator kan förstås bäst i termer av Lagrangian eller vägintegrerad strategi. Lagrangian-metoden visar att vågfunktionsutvecklingen är unik men kan betraktas som en summa av alla möjliga vägar där osannolika vägar som förstörande stör stör den mest troliga vägen. I huvudsak testas alla möjligheter.

Detta är vad som menas med kvanteparallellism. Tricket är dock att definiera en Hamiltonian som motsvarar problemet du vill lösa. Detta är kvantealgoritmen och det är definitivt inte trivialt att hitta livskraftiga algoritmer. Det är därför det bara finns en handfull välkända kvantealgoritmer som Shors främsta factoringalgoritm och Grovers sökalgoritm. Kvantsimuleringar är mer raka fram eftersom du helt enkelt behöver kartlägga önskad Hamiltonian på kvantlogikens.

Förhoppningsvis ger detta en idé om vad en kvantdator är och vad den inte är.

För närvarande är en kvantdator mycket mer kvant och mycket mindre dator, men det kan förändras. När stora kvantdatorarkitekturer har utvecklats förväntar jag mig att även programmeringsverktyg på högre nivå kommer att utvecklas.


Svar 2:

Kvantdatorer skiljer sig så från konventionella datorer att det är synd att vi använder samma ord för dem.

Kvantdatorer löser vissa matematiska problem som annars är extremt svåra att lösa. Men du måste kunna formulera din fråga matematiskt.

Konventionsdatorer är kommunikations- och styrenheter som använder lite matematik i sin verksamhet. Deras huvudfunktion är att flytta och transformera data.


Svar 3:

Kvantdatorer skiljer sig så från konventionella datorer att det är synd att vi använder samma ord för dem.

Kvantdatorer löser vissa matematiska problem som annars är extremt svåra att lösa. Men du måste kunna formulera din fråga matematiskt.

Konventionsdatorer är kommunikations- och styrenheter som använder lite matematik i sin verksamhet. Deras huvudfunktion är att flytta och transformera data.