Zastosowania i zastosowania obliczeń kwantowych
W tej lekcji zapoznasz się z najbardziej obiecującymi aplikacjami obliczeń kwantowych.
Jakie problemy mogą rozwiązywać komputery kwantowe?
Komputer kwantowy nie jest superkomputerem, który może zrobić wszystko szybciej lub może rozwiązać dowolny możliwy problem. Komputer kwantowy rozszerza zestaw problemów, które możemy rozwiązać wydajnie, ale nadal istnieją problemy, które są zbyt złożone, aby komputer kwantowy mógł rozwiązać problem.
Na poniższym diagramie przedstawiono różne zestawy problemów ze względu na ich złożoność. Problemy, które komputer kwantowy może rozwiązać wydajniej niż klasyczny komputer, są nazywane BQP (kwantowymi wielomianami powiązanymi błędami). Nazwa oznacza, że są one rozwiązywane przez komputer kwantowy w czasie wielomianowym. Przykłady problemów Z dostawcą BQP obejmują problem z faktoringiem i problemem wyszukiwania.
W rzeczywistości jednym z celów badań kwantowych jest zbadanie, które problemy komputer kwantowy może rozwiązać szybciej niż klasyczny komputer i jak duży może być przyspieszenie. Komputery kwantowe działają wyjątkowo dobrze z problemami, które wymagają obliczenia dużej liczby możliwych kombinacji.
Symulacja kwantowa
Mechanika kwantowa jest podstawowym "systemem operacyjnym" naszego wszechświata. Opisuje ona, jak zachowują się podstawowe bloki konstrukcyjne natury. Zachowania natury, takie jak reakcje chemiczne, reakcje biologiczne i formacje materialne, często obejmują interakcje kwantowe wiele ciała. Obliczenia kwantowe obiecują symulowanie wewnętrznie kwantowych systemów mechanicznych, takich jak cząsteczki, ponieważ kubity mogą służyć do reprezentowania istotnych stanów naturalnych. Przykłady systemów kwantowych, które możemy modelować, obejmują fotosyntezę, nadprzewodnictwo i złożone formacje molekularne.
Szacowanie zasobów
Narzędzie do szacowania zasobów platformy Azure w usłudze Azure Quantum pomaga przygotować się do przyszłości obliczeń kwantowych, zapewniając sposób szacowania zasobów wymaganych do uruchamiania programów kwantowych na skalowanych komputerach kwantowych. Pomaga ona odpowiedzieć na pytania, takie jak wymagane zasoby sprzętowe? Ile kubitów fizycznych i logicznych jest potrzebnych i jakiego typu? Jak długo jest czas wykonywania?
W rezultacie możesz udoskonalić algorytmy i tworzyć rozwiązania, które korzystają ze skalowanych komputerów kwantowych, gdy staną się dostępne.
Przyspieszenie kwantowe
Jednym z celów badań nad obliczeniami kwantowymi jest zbadanie, które problemy komputer kwantowy może rozwiązać szybciej niż klasyczny komputer i jak duży może być przyspieszenie. Dwa dobrze znane przykłady to algorytm Grovera i algorytm Shora, który daje odpowiednio wielomian i przyspieszenie wykładnicze w przypadku ich klasycznych odpowiedników.
Algorytm Shora działający na komputerze kwantowym może złamać klasyczne schematy kryptograficzne, takie jak schemat Rivest-Shamir-Adleman (RSA), który jest powszechnie używany w handlu elektronicznym na potrzeby bezpiecznej transmisji danych. Ten schemat opiera się na praktycznej trudności z faktorowaniem liczb pierwszych przy użyciu algorytmów klasycznych.
Algorytm Grovera przyspiesza rozwiązanie do wyszukiwania danych bez struktury, uruchamiając wyszukiwanie w mniejszej liczbie kroków niż jakikolwiek algorytm klasyczny. Rzeczywiście, każdy problem, który pozwala sprawdzić, czy dana wartość jest prawidłowym rozwiązaniem (problem "tak lub nie") można sformułować pod względem problemu wyszukiwania.