Hvad er kvanteberegning?
Det er brugen af kvantemekanik til at køre beregninger på specialiseret hardware.
Introduktion til kvanteberegning
For at kunne definere kvanteberegning fuldt ud skal vi først definere nogle nøglebegreber.
Hvad er kvantum?
Kvantum i "kvanteberegning" refererer til den kvantemekanik, som systemet bruger til at beregne output. I fysik er kvantum den mindst mulige diskrete enhed af enhver fysisk egenskab. Det henviser normalt til egenskaber for atomiske eller subatomiske partikler, f.eks. elektroner, neutrinoer og fotoner.
Hvad er en qubit?
En qubit er den grundlæggende informationsenhed i kvanteberegning. Qubits spiller en lignende rolle i kvanteberegning som bits spiller i klassisk beregning, men de fungerer meget anderledes. Klassiske bits er binære og kan have en hvilken som helst 0- eller 1-position, men qubits kan have en superposition med alle mulige tilstande.
Hvad er kvanteberegning?
Kvantecomputere tøjler kvantefysikkens unikke funktionsmåde – såsom superposition, sammenfiltring og kvanteinterferens – og anvender det til beregning. Dette introducerer nye begreber til traditionelle programmeringsmetoder.
Superposition
I forbindelse med superposition er kvantepartikler en kombination af alle mulige tilstande. De varierer, indtil de er observeret og målt. En måde at afbilde forskellen mellem binær position og superposition på er at forestille sig en mønt. Klassiske bits måles ved at "slå plat og krone" og få plat eller krone. Men hvis du kunne kigge på en mønt og se både plat og krone samtidigt, samt alt derimellem, så ville mønten være i superposition.
Sammenfiltring
Sammenfiltring er kvantepartiklernes evne til at sammenligne deres resultater med hinanden. Når qubits sammenfiltres, danner de et enkelt system og påvirker hinanden. Vi kan bruge målingerne fra én qubit til at drage konklusioner om de andre. Ved at tilføje og sammenfiltre flere qubits i et system, kan kvantecomputere beregne flere oplysninger eksponentielt og løse mere komplicerede problemer.
Kvanteinterferens
Kvanteinterferens er den indbyggede funktionsmåde i en qubit pga. superposition til at påvirke sandsynligheden af, at den kollapser på den ene eller anden måde. Kvantecomputere er designet og bygget til at reducere interferens så meget som muligt og sikre de mest nøjagtige resultater. Til dette bruger Microsoft topologiske qubits, som stabiliseres ved at manipulere deres struktur og omgive dem med kemiske forbindelser, der beskytter dem mod ekstern interferens.
Hvordan fungerer kvanteberegning?
En kvantecomputer har tre primære dele:
- Et område, der huser qubits
- En metode til at overføre signaler til disse qubits
- En klassisk computer til at køre et program og sende instruktioner
For nogle metoder til qubit-lagring opbevares den enhed, der indeholder qubits, ved en temperatur, der er lige over det absolutte nul, for at maksimere deres sammenhold og reducere interferens. Andre typer opbevaring af qubit bruger et vakuumkammer til at minimere vibrationer og stabilisere disse qubits.
Signaler kan sendes til qubits ved hjælp af en række forskellige metoder, herunder mikrobølger, laser og spænding.
Brug af kvantecomputer og anvendelsesområder
En kvantecomputer kan ikke gøre alt hurtigere end en klassisk computer, men der er et par områder, hvor kvantecomputere har potentiale til at gøre en stor forskel.
Kvantesimulering
Kvantecomputere fungerer utroligt godt til modellering af andre kvantesystemer, fordi de bruger kvantemiljøer i deres beregning. Det betyder, at de kan håndtere kompleksiteten og tvetydigheden ved systemer, der ville overbelaste klassiske computere. Eksempler på kvantesystemer, som vi kan modellere, omfatter fotosyntese, superledningsevne og komplekse molekylære formationer.
Kryptografi
Klassisk kryptografi – såsom RSA-algoritmen (Rivest-Shamir-Adleman), som bruges i vid udstrækning til at beskytte dataoverførsler – er afhængig af genstridighederne ved problemer såsom faktorisering af heltal eller diskrete logaritmer. Mange af disse problemer kan løses mere effektivt ved hjælp af kvantecomputere.
Optimering
Optimering er processen for at finde den bedste løsning på et problem, hvor der tages højde for det ønskede resultat og begrænsninger. I videnskab og branchen træffes kritiske beslutninger på baggrund af faktorer såsom omkostninger, kvalitet og produktionstid – som alt sammen kan optimeres. Ved at køre kvanteinspirerede optimeringsalgoritmer på klassiske computere kan vi finde løsninger, der tidligere var umulige. Det hjælper os med at finde bedre måder at administrere komplekse systemer på, f.eks. trafikstrømme, tildelinger af gates til fly, pakkeleveringer og energilagring.
Maskinel kvanteindlæring
Maskinel indlæring på klassiske computere revolutionerer videnskabs- og forretningsverdenen. Der er dog en høj beregningsomkostning ved at oplære modeller til maskinel indlæring, og det har forhindret omfanget og udviklingen af feltet. For at sætte skub i udviklingen på dette område udforsker vi metoder til at udtænke og implementere kvantesoftware, der muliggør hurtigere maskinel indlæring.
Søgning
En kvantealgoritme, som blev udviklet i 1996, fremskyndede markant løsningen på ustrukturerede datasøgninger, så søgningen blev kørt i færre trin, end nogen klassisk algoritme kunne.
Ressourcer til Azure Quantum
Skab kvanteløsninger i dag som tidlig bruger af Azure Quantum Preview, der er et åbent cloudøkosystem med fuld stak. Få adgang til software, hardware og forhåndsskabte løsninger, og begynd at udvikle på en pålidelig, skalerbar og sikker platform.
Få mere at vide om Azure Quantum
Begynd at udvikle med Quantum Development Kit
Få et overblik over Microsofts teknologi til kvanteberegning
Begynd at udvikle med Azure
Prøv Azure-tjenester til cloudcomputing gratis i op til 30 dage, eller kom i gang med priser, hvor du betaler efter forbrug. Der er ingen forudgående forpligtelser – du kan annullere når som helst.