量子计算是什么?基本概念和使用

计算机技术在过去几十年里已经走了很长的路。电脑已经越来越小,更强大的以指数的速度,给我们很多的进步。然而,我们迅速接近电脑零件的大小的物理限制,这意味着我们需要新的解决方案来改善在某些领域。量子计算可能的答案。

在这里,我们看看量子计算的基本知识,包括定义,看看量子计算机是如何工作的,技术的优点和缺点,你需要了解更多的技能。

量子计算是什么?

量子计算机是一台机器,利用量子物理的一些独特的性质解决问题过于复杂,常规电脑甚至超级计算机。量子计算领域的重点发展技术,利用能量和物质的方式表现在亚原子层面。

我们用“量子”这个词来描述物理定律,应用在单个原子,电子和基本粒子。在这一微观层面,物理定律是不同于我们在我们的日常生活经验。

量子计算的目的是操纵和控制这些不同物理执行任务和计算,我们当前的数字计算机不能(至少在短时间尺度)。

量子计算的概念是一个相对较新的一个,,直到最近,基本上是一种理论领域。首先对商业量子计算机仅仅是由IBM在2019年推出。同年,科学家们谷歌还声称他们的量子计算机操作水平,超越了传统的超级计算机。

量子计算机是如何工作的呢?

正如你可能已经猜到的,量子计算是一个复杂的领域,非专家的难以理解。然而,可以理解的一些基本概念,给你一个基本的了解量子计算机是如何工作的。

在这里,我们将重点介绍一些基本的量子计算。得到一个更详细的升值,我们的课程理解量子计算机从庆应义塾大学更多的信息。

掌握量子计算机是如何工作的,有几个关键概念理解。下面,我们这些已经给了一些简单的解释:

量子比特

我们探索开一步量子位元,传统的计算机都是建立在碎片。这些位(二进制数字的简称)是信息计算的基本单位,在两个不同的配置可以测量。他们可以被认为是打开或关闭,向上或向下,或者,用二进制编码,要么是0或1。

在量子计算、量子比特或量子位形式这些计算机如何工作的基础知识。这些量子位可以由量子力学系统,可以有两种状态。例如,可以测量电子的自旋向上或向下,或单个光子垂直或水平两极分化。

叠加

与传统的计算部分,可以是0或1,量子位可以存在0或1,同时或两者的混合。这种现象被称为叠加状态,意味着所有的组合信息可以同时存在。

量子比特组合在一起时,这种能力来保存所有可能的配置信息的同时意味着复杂的问题可以更容易比传统的计算方法。

你可以了解更多的原则和叠加的性质在这个问题上对我们开放的步骤。

纠缠

量子计算的另一个关键部分是量子效应称为纠缠。简单地说,这种现象两个量子位之间创建一个关联。因此,当两个或两个以上的量子比特纠缠,改变可以影响别人。

量子计算的算法都是基于这一原则,使复杂的问题需要解决远比否则可能更快。同样的,你可以了解更多关于纠缠在量子计算与我们开一步的话题。

IBM的量子计算机是如何工作的

IBM的量子系统一电脑是一个非常复杂的机器,有点类似于一个复杂而华丽的吊灯安置在一个玻璃的情况。根据IBM,实际量子处理器比普通笔记本电脑处理器,但其余的硬件是由先进的冷却系统。

量子处理器需要温度条件接近绝对零度,和IBM使用超流体和超导体产生这些条件。然后他们使用微波光子来控制量子比特的行为,使他们产生量子信息。

量子计算的优点和缺点

您可能想知道为什么我们需要量子计算机放在第一位。他们很难工程师,建造和程序。更重要的是,量子物理学的本质意味着他们受到错误,错误,和损失的量子态。

然而,也有一些不同的量子计算的优点,至少理论上如此。下面,我们挑选了一些量子计算的优缺点:

量子计算的优点

• 他们快。最终,量子计算机有潜力提供计算能力,传统计算机无法匹配。例如,2019年,谷歌声称进行计算在大约200秒,将古典的超级计算机在10000年。
• 他们可以解决复杂的问题。问题越复杂,越难,即使是一台超级计算机来解决。当古典电脑失败时,通常是由于巨大的复杂性和许多交互变量的程度。然而,由于叠加的概念和纠缠,量子计算机可以解释所有这些变量和复杂性达成解决方案。
• 他们可以运行复杂的模拟。量子计算可以达到的速度和复杂性意味着,在理论上,量子计算机可以模拟许多错综复杂的系统,让我们更好地理解生活的一些伟大的奥秘。

量子计算的缺点

• 他们很难建立。当我们看到与IBM的量子系统,功能的量子计算机需要一个非常具体的操作条件。他们需要独特的组件,巨大的冷却系统,甚至昂贵的技术来运行一个基本的水平。
• 他们容易出错。由于量子力学和量子比特的性质,环境因素可以很快产生错误和失去量子态(这一过程称为脱散)。这些错误将与水平的复杂性,这意味着达到他们的潜能,解决误差修正是必要的。
• 他们只适合特定的任务。我们会看到,量子计算机有可能在某些特定领域提供革命性的解决方案。然而,由于它们是如何工作的本质,他们不会提供计算的各领域的优势。

量子计算用于什么?

让我们把注意力的一些使用量子计算。由于激励机制,比如IBM量子服务,组织可以访问基于云计算的量子计算。它可以用于什么?

下面,我们强调了一些当前和潜在的量子计算的应用程序:

• 分子模拟。即使当前的超级计算机,很难模拟原子和分子任何交易的准确性。利用量子计算模拟量子物理学可以提供新的见解等电池操作或蛋白质如何互动,这可能有助于彻底改变能源储存和药品。
• 数据库搜索。量子计算机解决问题的方式,他们可以用来存储和搜索大量的数据在更快的时间比传统的电脑。
• 密码学。一个完全功能的量子计算机可能被用来打破大多数现有的加密形式,这将是一个巨大的关心网络安全。然而,工作是持续的尝试和创造quantum-proof密码学。量子计算的重要组成部分网络和网络安全的未来。
• 天气预报。在气象领域,大量的数据需要和许多不同的变量来创建预测。即使是超级计算机与任何伟大的准确性难以预测天气。量子计算机可以提供增加的程度的复杂性我们预测天气。

如何学习量子计算

如果你渴望了解更多关于量子计算或最终想要进入这个行业,有很多技能,可能是有用的。下面,我们强调的一些领域你可以发展你的专长:

• 数学。详细的高等数学知识是非常有用的在量子计算领域。高级算法往往是该领域的核心,是等领域的知识数据分析。
• 物理。正如我们已经讨论的,量子物理形式量子计算的基础。理解物理和技术之间的联系可以是非常有益的对那些希望进入现场。
• 编程。另一个关键领域是编写和理解代码的能力。一个关键的编程语言在量子计算Python的基础,形成Qiskit软件开发工具包经常使用。

这些都是一些基本的技能在量子计算工作。然而,有很多开源平台和网站,可以帮助你理解这些迷人的机器是如何工作的。

量子计算技术的未来吗?

量子计算领域还处于起步阶段。正如我们所看到的,这项技术还不完善,难以驾驭,有许多未知数。然而,量子计算机的当前和潜在的用途可以改变我们理解我们周围的世界的方式。

从详细的模型和模拟更快解决问题,量子计算机有巨大的潜力。然而,我们是否能够充分意识到潜在仍有待观察。谷歌和IBM等公司大量投资于技术,如果没有其他的事,我们可以预见未来几年进一步进步。