آیا می توانید تفاوت یک کامپیوتر کوانتومی و یک کامپیوتر عادی ، مزایا و معایب آن را توضیح دهید؟


پاسخ 1:

من سعی خواهم کرد که چگونگی عملکرد یک کامپیوتر کوانتومی را از منظر مکانیک کوانتومی اساسی توضیح دهم. به طور خاص ، من مکانیک کوانتومی را تا حدی می فهمم و یک کامپیوتر کوانتومی چیست. بنابراین می خواهم به این موضوع بپردازم که چگونه ممکن است کار کند.

یک کامپیوتر کوانتومی از qubits ها استفاده می کند ، که بیت های کوانتومی هستند. Qubits تا زمانی که اندازه گیری شود می تواند در یک ترکیب از دو حالت اندازه گیری وجود داشته باشد. اندازه گیری یکی از دو مقدار ممکن را می دهد ، دقیقاً مانند بیت کلاسیک.

منطق کوانتومی این است که بتوانیم qubits را بدون اندازه گیری آنها دستکاری کنیم. این شامل دستکاری روی کبیت های فردی و تعامل بین کبیت ها می شود. تمام این تعامل ها یکنواخت نامیده می شوند زیرا می توان آنها را توسط یک اپراتور همیلتون شرح داد که حالت کوانتومی را به موقع و بدون از دست دادن اطلاعات توسعه می دهد.

یک الگوریتم کوانتومی به یک سری از قطب های ورودی نیاز دارد ، که در کنار هم یک تابع موج کوانتومی اولیه را تشکیل می دهند. این الگوریتم در ترتیب عناصر منطق کوانتومی رمزگذاری می شود که تعیین می کند چگونه عملکرد موج کوانتومی در طول زمان توسعه می یابد. هنگامی که عملکرد موج در گذشته از همه دروازه ها تکامل یافته است ، می توانید خروجی را که گروه ها را به یکی از دو حالت دودویی گروه بندی می کند ، بخوانید.

به طور کلی ، یک کامپیوتر کوانتومی دستگاهی است که یک عملکرد خاص موج کوانتومی را به عهده می گیرد و آن را مطابق الگوریتم خاص همیلتون توسعه می دهد تا اندازه گیری حالت نهایی با محلول مورد نظر همزمان شود. به طور کلی ، شما باید بارها و بارها توسعه را اجرا کنید تا نتیجه متوسط ​​اندازه گیری را داشته باشید که باید خروجی مورد نظر باشد.

چگونه روی زمین این همه کار می کند؟

این ترفند در توسعه کوانتومی است. ترتیب دروازه هایی که الگوریتم را تعریف می کنند ، شبکه ای از تصمیمات منطقی را تعریف می کند. با این حال ، مکانیک کوانتومی این امکان را می دهد که همه تصمیمات را به طور همزمان بگیرید. برخی تصمیمات خوب است و برخی دیگر بد. تصمیمات خوب باید سازنده مداخله کنند در حالیکه تصمیمات بد به صورت مخرب مداخله می کنند. با این حال ، این بدان معنی است که هر زمان الگوریتم اجرا می شود ، تمام تصمیمات گرفته می شوند و آزمایش می شوند. این منبع شتاب احتمالی است. در مقابل ، یک کامپیوتر کلاسیک باید تصمیمات خاصی را اتخاذ کند تا فقط یک درخت تصمیم ممکن در هر زمان آزمایش شود.

یک کامپیوتر کوانتومی را می توان با استفاده از رویکرد انتگرالی مسیر یا مسیر Lagrangian یا مسیر درک کرد. رویکرد لاگرانژی نشان می دهد که توسعه عملکرد موج منحصر به فرد است ، اما می توان به عنوان مجموع تمام مسیرهای ممکن که مسیرهای غیرمترقبه در آن مخرب دخالت می کنند ، مشاهده کرد و محتمل ترین مسیر را پشت سر گذاشت. در اصل ، همه گزینه ها آزمایش می شوند.

این همان معنای موازی کوانتومی است. با این وجود ، ترفند تعریف هامیلتونی است که با مشکلی که می خواهید حل کنید مطابقت دارد. این الگوریتم کوانتومی است و برای پیدا کردن الگوریتم های قابل استفاده قطعاً بی اهمیت نیست. به همین دلیل ، تنها تعداد معدودی از الگوریتم های کوانتومی شناخته شده مانند الگوریتم فاکتورسازی نخست Shor و الگوریتم جستجوی Grover وجود دارد. شبیه سازی کوانتومی آسان تر است زیرا فقط باید اپراتور مورد نظر همیلتون را به منطق کوانتومی ترسیم کنید.

امیدوارم این ایده به شما بگوید که یک کامپیوتر کوانتومی چیست و چه چیزی نیست.

در حال حاضر ، یک کامپیوتر کوانتومی به مراتب رایانه های کوانتومی و کامپیوترهای بسیار کمتری است ، اما این تغییر می کند. به محض توسعه معماری های بزرگ رایانه کوانتومی ، انتظار دارم ابزارهای برنامه نویسی سطح بالاتر نیز توسعه یابد.


پاسخ 2:

رایانه های کوانتومی آنقدر متفاوت از رایانه های معمولی هستند که جای تأسف است که ما از همان کلمات برای آنها استفاده می کنیم.

کامپیوترهای کوانتومی مشکلات ریاضی خاصی را حل می کنند که در غیر این صورت برایشان بسیار مشکل است. اما باید بتوانید سؤال خود را به صورت ریاضی تنظیم کنید.

کنوانسیون رایانه ها دستگاه های ارتباطی و کنترل هستند که در عملیات خود از ریاضی کمی استفاده می کنند. عملکرد اصلی آن انتقال و تبدیل داده ها است.


پاسخ 3:

رایانه های کوانتومی آنقدر متفاوت از رایانه های معمولی هستند که جای تأسف است که ما از همان کلمات برای آنها استفاده می کنیم.

کامپیوترهای کوانتومی مشکلات ریاضی خاصی را حل می کنند که در غیر این صورت برایشان بسیار مشکل است. اما باید بتوانید سؤال خود را به صورت ریاضی تنظیم کنید.

کنوانسیون رایانه ها دستگاه های ارتباطی و کنترل هستند که در عملیات خود از ریاضی کمی استفاده می کنند. عملکرد اصلی آن انتقال و تبدیل داده ها است.