Использование и применение квантовых вычислений
В этом уроке вы изучите некоторые из самых перспективных приложений квантовых вычислений.
Какие проблемы могут решить квантовые компьютеры?
Квантовый компьютер не является суперкомпьютером, который может сделать все быстрее или что может решить любую возможную проблему. Квантовый компьютер расширяет набор проблем, которые можно решить эффективно, но все еще существуют проблемы, которые слишком сложны для решения квантового компьютера.
На следующей схеме показаны различные наборы проблем по их сложности. Проблемы, которые квантовый компьютер может решить более эффективно, чем классический компьютер, называются BQP (ограниченные квантовые полиномиалы ошибок). Имя означает, что они решаемы квантовым компьютером в многономиальном времени. Примеры проблем BQP включают проблему факторинга и проблему поиска.
На самом деле, одна из целей исследования квантовых вычислений заключается в изучении проблем, которые квантовый компьютер может решить быстрее, чем классический компьютер, и как большой скорость может быть. Квантовые компьютеры делают исключительно хорошо с проблемами, которые требуют вычисления большого количества возможных сочетаний.
Квантовое моделирование
Квантовые механики — это базовая "операционная система" нашей вселенной. В нем описывается, как ведут себя фундаментальные элементы природы. Поведение природы, такие как химические реакции, биологические реакции и материальные образования, часто включают в себя квантовое взаимодействие со многими телами. Квантовые вычисления обещают перспективы в моделировании систем, которые по своей природе являются квантово-механическими, таких как молекулы, поскольку кубиты могут быть использованы для представления их естественных состояний. Примеры квантовых систем, которые можно моделировать, включают фотоинтезис, сверхдуктивность и сложные молекулярные образования.
Оценка ресурсов
Оценщик ресурсов Azure Quantum помогает подготовиться к будущему квантовых вычислений, предоставляя возможность оценить ресурсы, необходимые для выполнения ваших квантовых программ на масштабируемых квантовых компьютерах. Это поможет вам ответить на такие вопросы, как какие аппаратные ресурсы необходимы? Сколько физических и логических кубитов необходимо и какой тип? Какова продолжительность?
В результате вы можете уточнить алгоритмы и создавать решения, которые используют масштабируемые квантовые компьютеры, когда они становятся доступными.
Квантовые скорости
Одна из целей исследования квантовых вычислений заключается в изучении проблем, которые квантовый компьютер может решить быстрее, чем классический компьютер, и насколько велика скорость может быть. Двумя хорошо известными примерами являются алгоритм Гровера и алгоритм Шора, которые дают полиномиальные и экспоненциальные ускорения соответственно по сравнению с их классическими аналогами.
Алгоритм Shor, работающий на квантовом компьютере, может нарушить классические криптографические схемы, такие как схема Rivest-Shamir-Adleman (RSA), которая широко используется в электронной коммерции для безопасной передачи данных. Эта схема основана на практической сложности факторирования простых чисел с помощью классических алгоритмов.
Алгоритм Гровера ускоряет решение для неструктурированных поисков данных, выполняя поиск в меньшем количестве шагов, чем любой классический алгоритм. Действительно, любая проблема, которая позволяет проверить, является ли данное значение допустимым решением (проблема "да" или "нет") можно сформулировать с точки зрения проблемы поиска.