
量子位,否则称为值,是量子计算中数据的基本单位。就像古典计算机中的二进制位一样,它可以存储信息,但性能大不相同量子力学。
量子计算机通常使用亚原子颗粒,例如光子(光包)或电子作为Qubits。在Qubits中,诸如电荷,光子极化或自旋之类的属性代表二元计算中的1s和0。然而,量他的现象也被称为叠加和纠缠,由于它们的量子性质,这是事物开始变得怪异的地方。
位vs Qubits:有什么区别?
除了有点或1的量子一样,量子位也可以同时占据两个状态 - 或1和0的叠加。量子将保持叠加,直到直接被外部环境因素(例如热量)直接观察或破坏。由于这种量子状态是如此细腻,因此必须避免干扰,这需要非常冷的温度。
叠加允许量子计算机的量子位在多个状态(0、1或两者)中,并且可用状态的数量呈指数增长,Qubits越多。例如,如果您有两个经典的位,则在任何给定时间,他们都可以以0,0的值为单位; 0,1; 1,0;或1,1。
使用两个量子位,您可以一次在所有四个状态中编码数据。因此,量子计算机的处理能力可能比使用二进制位的传统计算机具有更大的处理能力。您拥有的量子越多,可以并行处理的计算越多 - 如果您向系统添加更多的话,这会呈指数增长。但是,要看到加工能力的指数增长,您还必须纠缠量子。
纠缠如何工作?
在量子纠缠中,不管它们的相距多远,都可以连接亚原子颗粒的状态。获得有关量子的信息将自动提供有关其纠缠粒子的信息。
纠缠颗粒始终处于相关状态。因此,如果测量一个粒子的特性(例如自旋),从而使其摆脱叠加,则同一件事也将立即发生在纠缠的粒子上。由于两个纠缠粒子的状态始终相关,因此知道一个纠缠粒子的状态意味着可以推断另一个粒子的状态。
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科学家们没有直接测量量子,从而导致其失去其叠加状态,而是在研究是否有一种方法可以间接推断出与周围环境的相互作用中有关量子的信息。
量子的量子纠缠也使他们可以同时相互交互,而不管它们彼此之间的距离如何。当与叠加结合使用时,从理论上讲,量子纠缠使Qubits可以极大地增强量子计算机的计算能力,从而使它们能够执行复杂的计算,使强大的二元计算机难以解决。
目前可能会在小规模上进行,但面临的挑战是将其扩展。例如,某些计算,例如破坏加密算法,将花费数百万年的经典计算机来执行。但是,如果我们可以构建具有数百万个量子位的量子计算机,则可以在几秒钟内破解相同的算法。
为什么Qubits如此脆弱且容易腐烂?
那么,为什么我们不只是简单地堆叠越来越多的量子机来构建这样的机器呢?不幸的是,Qubits是短暂的,叠加可能会因热或运动等最微弱的外部环境影响而崩溃。因此,它们被认为是“嘈杂的”和错误的。
因此,许多Qubits需要冷藏到附近绝对零并使用专用设备维护。他们的“连贯时间”也非常短 - 这是对处理量子计算所需状态的时间的衡量标准。连贯时间通常仅持续一秒钟的分数。 (世界纪录是一个值10分钟- 但是专家认为不太可能将其转换为真实的量子计算机。)此因素还使Qubits不适合长期数据存储。
尽管当今存在许多量子计算机,但我们仍然需要应用“错误校正”技术来信任其结果。当今正在调查的一种主要错误纠正方法是建立“逻辑量子。”逻辑量子实际上是一组纠缠,容易出错的量子,将相同信息存储在不同的地方。在进行计算时,这可能会散布可能的失败点,从而纠正错误。应该充分稳定量子,并在量子上需要一定的计算机,而量子的计算机则可以稳定,而量子的计算机则可以在一定程度上进行计算。即使今天的方程式也是不可能的最强大的超级计算机。