Användning och program för kvantberäkning
I den här lektionen utforskar du några av de mest lovande programmen inom kvantberäkning.
Vilka problem kan kvantdatorer lösa?
En kvantdator är inte en superdator som kan göra allt snabbare eller som kan lösa eventuella problem. En kvantdator utökar den uppsättning problem som vi kan lösa effektivt, men det finns fortfarande problem som är för komplexa för att en kvantdator ska kunna lösa.
Följande diagram visar de olika uppsättningarna av problem efter deras komplexitet. De problem som en kvantdator kan lösa mer effektivt än en klassisk dator kallas BQP (kvantpolynomer med avgränsade fel). Namnet innebär att de kan löseras av en kvantdator i polynomtid. Exempel på BQP-problem är factoringproblemet och sökproblemet.
I själva verket är ett av målen med kvantberäkningsforskning att studera vilka problem en kvantdator kan lösa snabbare än en klassisk dator och hur stor hastigheten kan vara. Kvantdatorer klarar sig exceptionellt bra med problem som kräver beräkning av ett stort antal möjliga kombinationer.
Kvantsimulering
Kvantmekanik är det underliggande "operativsystemet" i vårt universum. Den beskriver hur de grundläggande byggstenarna i naturen beter sig. Naturens beteenden, till exempel kemiska reaktioner, biologiska reaktioner och materialformationer, involverar ofta kvantinteraktioner med många organ. Kvantberäkning är lovande för att simulera kvantmekaniska system, till exempel molekyler, eftersom kvantbitar kan användas för att representera de naturliga tillstånden i fråga. Exempel på kvantsystem som vi kan modellera är supraledning och komplexa molekylära formationer.
Resursuppskattning
Azure Quantum Azure Resource Estimator hjälper dig att förbereda dig inför framtiden för kvantberäkning genom att tillhandahålla ett sätt att uppskatta de resurser som krävs för att köra dina kvantprogram på skalbara kvantdatorer. Det hjälper dig att besvara frågor som vilka maskinvaruresurser som krävs? Hur många fysiska och logiska kvantbitar behövs och vilken typ? Hur lång är körningstiden?
Därför kan du förfina dina algoritmer och skapa lösningar som drar nytta av skalbara kvantdatorer när de blir tillgängliga.
Kvanthastigheter
Ett av målen med kvantberäkningsforskning är att studera vilka problem en kvantdator kan lösa snabbare än en klassisk dator och hur stor hastigheten kan vara. Två välkända exempel är Grover-algoritmen och Shor-algoritmen, som ger en polynom och en exponentiell hastighet jämfört med deras klassiska motsvarigheter.
Shor-algoritmen som körs på en kvantdator kan bryta klassiska kryptografiska scheman som Rivest–Shamir–Adleman-schemat (RSA), som ofta används i e-handel för säker dataöverföring. Det här schemat baseras på den praktiska svårigheten att räkna ut primtal med hjälp av klassiska algoritmer.
Grover-algoritmen påskyndar lösningen på ostrukturerade datasökningar och kör sökningen i färre steg än någon klassisk algoritm kunde. Alla problem som gör att du kan kontrollera om ett visst värde är en giltig lösning (ett "ja eller inga problem") kan faktiskt formuleras när det gäller sökproblemet.