Các máy tính lượng tử trong tương lai sẽ sử dụng hệ thống số nhị phân, ternary hoặc bậc bốn?

Các máy tính hiện tại của chúng tôi sử dụng các bit, vì vậy chúng sử dụng hệ thống số nhị phân. Nhưng tôi nghe nói rằng các máy tính lượng tử trong tương lai sẽ sử dụng qubit thay vì các bit đơn giản.

Vì trong từ "qubit" có từ "bi" nên lần đầu tiên tôi nghĩ rằng điều này có nghĩa là máy tính lượng tử sẽ sử dụng nhị phân (cơ sở 2).

Nhưng sau đó tôi nghe nói rằng các qubit có ba trạng thái có thể: 0, 1 hoặc chồng chất là 0 và 1. Vì vậy, sau đó tôi nghĩ rằng điều này phải có nghĩa là chúng sẽ sử dụng ternary (cơ sở 3).

Nhưng sau đó tôi thấy rằng một qubit có thể chứa nhiều thông tin như hai bit. Vì vậy, tôi nghĩ rằng điều này có thể có nghĩa là họ sẽ sử dụng tứ phương (cơ sở 4).

Vì vậy, hệ thống số nào mà các máy tính lượng tử trong tương lai sẽ sử dụng: nhị phân, ternary hoặc quernary?

Các câu trả lời khác đều hay, nhưng không có câu trả lời nào cho câu hỏi: máy tính lượng tử có thể sử dụng cơ sở số nào? Tôi sẽ trả lời trong hai phần: thứ nhất, câu hỏi hơi tinh tế, và thứ hai, bạn có thể sử dụng bất kỳ cơ sở số nào, và sau đó bạn làm việc với các câu hỏi hoặc nói chung với các câu hỏi, dẫn đến trực giác mới về mặt chất lượng! Hoặc với bất kỳ giá nào, tôi sẽ cố gắng đưa ra trường hợp mà họ làm.

Một bit lượng tử không chỉ là hay 1 , nó phức tạp hơn thế một chút. Ví dụ, một chút lượng tử có thể trong tiểu bang $0$$1$. Khi đo, bạn sẽ đo kết quả0với xác suất$\sqrt{\frac{1}{4}}|0\rangle+\sqrt{\frac{3}{4}}|1\rangle$$0$ và kết quả1với xác suất$\frac{1}{4}$$1$ . Các 'chồng' bạn nói về là$\frac{3}{4}$, nhưng nói chung bất kỳ cặp số phức tạpmộtvàbsẽ làm, miễn làmột2+b2=1. Nếu bạn có ba qubit, thì bạn có thể vướng vào chúng, và trạng thái sẽ là$\sqrt{\frac{1}{2}}|0\rangle+\sqrt{\frac{1}{2}}|1\rangle$$a$$b$$a^2+b^2=1$

$$a_0|000\rangle + a_1|001\rangle+a_2|010\rangle+a_3|011\rangle+a_4|100\rangle +a_5|101\rangle+a_6|110\rangle +a_7|111\rangle$$

Nhưng khi bạn đo hệ thống ba qubit này, kết quả đo của bạn là một trong số 8 trạng thái này, nghĩa là ba bit. Đây là sự phân đôi thực sự kỳ lạ khi mà một mặt các hệ lượng tử dường như có không gian trạng thái theo cấp số nhân này, nhưng mặt khác chúng ta dường như chỉ có thể 'có được' một phần logarit của không gian trạng thái. Trong 'Tính toán lượng tử kể từ Democritus', Scott Aaronson thăm dò câu hỏi này bằng cách kết hợp một số lớp phức tạp để thử và hiểu bao nhiêu không gian trạng thái theo cấp số nhân mà chúng ta có thể khai thác để tính toán.

$2^3$$\texttt{unsigned int}$

$\mathbb{C}^3$$3\times 3$$f\colon \{0,\ldots, kn-1\}\rightarrow \{0,\ldots, k-1\}$$k$$k$

$$|a\rangle \mapsto \sum_{u=0}^{k-1}e^{i2\pi\frac{au}{k}}|u\rangle$$

$0\ldots k-1$$\geq k$$r$$r=2$$r=5$$5$$5$$2$

$n$

Máy tính lượng tử sử dụng nhị phân. Nhưng thực sự, đây là một sự đơn giản hóa, và không có câu trả lời đơn giản nào về cách các thuật toán lượng tử hoạt động mà không đi vào toán học của vật lý lượng tử và tính toán lượng tử. Cách tốt nhất để bạn hiểu về lĩnh vực chủ đề này là bắt đầu bằng cách nghiên cứu tính toán lượng tử. Có rất nhiều sách giáo khoa và hướng dẫn tuyệt vời ra khỏi đó.

Bất cứ ai nói với bạn rằng qubit có 3 trạng thái có thể, là sai. Đó không hoàn toàn là cách cơ học lượng tử hoạt động. Trong một số ý nghĩa, có vô số trạng thái có thể ... nhưng đọc về tính toán lượng tử để tìm hiểu câu chuyện thực sự.

$0$$1$

Điện toán lượng tử sử dụng qbits (tôi cho rằng nó là viết tắt của bit lượng tử). Qbits cho phép các bit " chồng lên ", tức là các thực thể có thể sắp xếp một số bit ở cùng một vị trí, theo lý thuyết (theo trạng thái kiến ​​thức hiện tại) một số lượng bit không giới hạn.

$2^n$

Vì vậy, nó nằm trong một hệ thống nhị phân, mặc dù có một tính chất vật lý khác nhau.

Nhưng tôi thực sự khuyên bạn nên làm theo lời khuyên của DW và xem sách và hướng dẫn.

$(a\ \ b)^T$$\mathbb C^2$

Tuy nhiên, những điều trên không hữu ích lắm cho điện toán lượng tử có lỗi , đó là những gì bạn cần nếu bạn thực sự muốn lập trình bất cứ điều gì trên một máy tính lượng tử hiện có. Theo mô hình đó, bạn sẽ không thể chuẩn bị các qubit tùy ý (theo nghĩa trên), tuy nhiên mọi trạng thái qubit có thể được xấp xỉ với độ chính xác tùy ý. Do đó, bạn vẫn sẽ có vô số trạng thái ngay cả đối với một qubit duy nhất, nhưng chúng sẽ có nhiều trạng thái (so với trường hợp khác).

$|0 \rangle$$|1\rangle$$\mathbb C^2.$

Các hạt lượng tử có thể ở bốn trạng thái. Họ có thể xoay lên, xuống và thuận tay phải hoặc tay trái. Nếu bạn đang đo các hạt bị vướng víu, khi bạn đo chúng, chúng sẽ ở một số kết hợp của bốn trạng thái đó. Nếu chúng ta có thể một số cách dự đoán hoặc sử dụng một công cụ xóa nào đó, thì có vẻ như đó là một ý tưởng tốt để sử dụng quarternary hơn là nhị phân. Vì nó đứng ngay bây giờ, nhị phân đang được sử dụng nhưng trong tương lai một cái gì đó khác nhau có thể sẽ thay thế nhị phân. Máy tính lượng tử giống như máy tính cổ điển ở thập niên 50, chúng rất LỚN, đắt tiền và không thực tế. Trong thực tế, chúng hầu như không hữu ích tại thời điểm này. Chúng tôi vẫn đấu tranh với sự trang trí. Hy vọng nó sẽ xác định được một hạt lượng tử tôpô có thể duy trì sự kết hợp (mạnh mẽ) và nếu ngày đó đến, hãy nhìn ra! Cuộc cách mạng cất cánh như tên lửa. Thành thật mà nói, không ai có thể nói cho bạn biết chắc chắn máy tính Q sẽ như thế nào trong tương lai trở thành khi sự kỳ dị xảy ra (khoảng 30 năm kể từ bây giờ) tất cả các cược đã tắt. Không ai có thể nói cho bạn biết điều gì sẽ xảy ra sau thời điểm đó. Máy tính có thể cất cánh theo những hướng mà chúng ta chưa từng mơ tới.