Použití a aplikace kvantových výpočtů
V této lekci prozkoumáte některé z nejslibnějších aplikací kvantového computingu.
Jaké problémy můžou kvantové počítače vyřešit?
Kvantový počítač není superpočítač, který dokáže dělat všechno rychleji nebo dokáže vyřešit jakýkoli možný problém. Kvantový počítač rozšiřuje sadu problémů, které můžeme efektivně vyřešit, ale stále existují problémy, které jsou příliš složité, aby kvantový počítač mohl řešit.
Následující diagram znázorňuje různé sady problémů jejich složitostí. Problémy, které může kvantový počítač řešit efektivněji než klasický počítač, se nazývají BQP (vázané kvantové polynomy chyb). Název znamená, že je možné je vyřešit kvantovým počítačem v polynomickém čase. Mezi příklady problémů SQP patří faktoringový problém a problém hledání.
Jedním z cílů výzkumu kvantových výpočtů je studovat, které problémy může kvantový počítač vyřešit rychleji než klasický počítač a jak velké může být zrychlení. Kvantové počítače dělají mimořádně dobře problémy, které vyžadují výpočet velkého počtu možných kombinací.
Kvantová simulace
Kvantová mechanika je základní "operační systém" našeho vesmíru. Popisuje, jak se chovají základní stavební bloky přírody. Chování přírody, jako jsou chemické reakce, biologické reakce a materiálové formace, často zahrnují kvantové interakce mnoha těl. Kvantové výpočty jsou slibné pro simulaci vnitřně kvantových mechanických systémů, jako jsou molekuly, protože qubity lze použít k reprezentaci dotčených přírodních stavů. Mezi příklady kvantových systémů, které můžeme modelovat, patří fotosyntéza, supravodivost nebo práce se složitými molekulami.
Odhad zdrojů
Estimátor prostředků Azure Quantum vám pomůže připravit se na budoucnost kvantových výpočtů tím, že poskytuje způsob, jak odhadnout prostředky potřebné ke spouštění kvantových programů na škálovaných kvantových počítačích. Pomáhá vám zodpovědět otázky, například jaké hardwarové prostředky jsou potřeba? Kolik fyzickýchach Jak dlouho je doba běhu?
V důsledku toho můžete upřesnit algoritmy a vytvářet řešení, která využívají škálované kvantové počítače, jakmile budou dostupné.
Kvantové zrychlení
Jedním z cílů výzkumu kvantových výpočtů je studovat, které problémy může kvantový počítač vyřešit rychleji než klasický počítač a jak velké může být zrychlení. Dva dobře známé příklady jsou Groverův algoritmus a Shorův algoritmus, který přináší polynom a exponenciální zrychlení oproti klasickým protějškům.
Shorův algoritmus běžící na kvantovém počítači by mohl narušit klasická kryptografická schémata, jako je schéma Rivest–Shamir–Adleman (RSA), které se běžně používá v elektronickém obchodování pro zabezpečený přenos dat. Toto schéma je založeno na praktické obtížnosti faktoringu prime čísel pomocí klasických algoritmů.
Groverův algoritmus zrychluje řešení na nestrukturovaná vyhledávání dat a spouští hledání v menším počtu kroků, než by mohl jakýkoli klasický algoritmus. Jakýkoliv problém, který vám umožní zkontrolovat, jestli je daná hodnota platným řešením (problém "ano nebo ne"), lze formulovat z hlediska problému hledání.