Akankah komputer kuantum masa depan menggunakan sistem angka biner, terner atau kuartener?

Komputer kami saat ini menggunakan bit, sehingga mereka menggunakan sistem angka biner. Tetapi saya mendengar bahwa komputer kuantum masa depan akan menggunakan qubit bukan bit sederhana.

Karena dalam kata "qubit" ada kata "bi" Saya pertama kali berpikir bahwa ini berarti bahwa komputer kuantum akan menggunakan biner (basis 2).

Tetapi kemudian saya mendengar bahwa qubit memiliki tiga kemungkinan: 0, 1, atau superposisi 0 dan 1. Jadi saya kemudian berpikir bahwa ini pasti berarti mereka akan menggunakan ternary (basis 3).

Tetapi kemudian saya melihat bahwa satu qubit dapat menampung informasi sebanyak dua bit. Jadi saya berpikir bahwa ini mungkin berarti bahwa mereka akan menggunakan kuartener (basis 4).

Jadi sistem angka mana yang akan digunakan komputer kuantum masa depan: biner, ternary atau kuartener?

Jawaban lainnya bagus, tetapi tidak ada yang menjawab pertanyaan: apa dasar angka yang dapat digunakan komputer kuantum? Saya akan menjawab dalam dua bagian: pertama, pertanyaannya sedikit halus, dan kedua, Anda dapat menggunakan basis numerik apa pun, dan kemudian Anda bekerja dengan qutrits atau secara umum dengan qudit, yang mengarah pada intuisi baru yang berkualitas! Atau bagaimanapun, saya akan mencoba membuat kasus yang mereka lakukan.

Bit kuantum bukan hanya atau 1 , tetapi sedikit lebih kompleks dari itu. Misalnya, bit kuantum mungkin dalam status $0$$1$. Saat diukur, Anda akan mengukur hasil0dengan probabilitas$\sqrt{\frac{1}{4}}|0\rangle+\sqrt{\frac{3}{4}}|1\rangle$$0$ dan hasil1dengan probabilitas$\frac{1}{4}$$1$ . 'Superposisi' yang Anda bicarakan adalah$\frac{3}{4}$, tetapi secara umum setiap pasangan bilangan kompleksadanbakan melakukan, selamasatu2+b2=1. Jika Anda memiliki tiga qubit, maka Anda dapat melibatkan mereka, dan keadaan akan menjadi$\sqrt{\frac{1}{2}}|0\rangle+\sqrt{\frac{1}{2}}|1\rangle$$a$$b$$a^2+b^2=1$

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

Tetapi ketika Anda mengukur sistem tiga-qubit ini, hasil pengukuran Anda adalah satu dari 8 status ini, yaitu, tiga bit. Ini adalah dikotomi yang sangat aneh di mana di satu sisi sistem kuantum tampaknya memiliki ruang keadaan eksponensial ini, tetapi di sisi lain kita hanya bisa 'mendapatkan' bagian logaritmik dari ruang keadaan. Dalam 'Quantum Computing Sejak Democritus', Scott Aaronson menyelidiki pertanyaan ini dengan mencocokkan beberapa kelas kompleksitas untuk mencoba dan memahami berapa banyak ruang keadaan eksponensial yang dapat kita eksploitasi untuk perhitungan.

Karena itu, ada keluhan jelas untuk jawaban di atas: semua notasi dalam biner. Qubit berada dalam superposisi dari dua negara dasar, dan melibatkan mereka tidak berubah banyak, karena tiga qubit berada dalam superposisi dari negara basis. Ini keluhan yang sah, karena orang biasanya menganggap int tidak bertanda sebagai nomor, dan hanya ingat bahwa itu diterapkan sebagai string 32-bit sebagai renungan.$2^3$$\texttt{unsigned int}$

Masukkan qutrit. Ini adalah vektor di , dengan kata lain, terdiri dari tiga negara basis daripada dua. Anda beroperasi pada vektor ini dengan 3 × 3 matriks, dan semua hal yang biasa dilakukan dalam komputasi kuantum tidak banyak berubah, karena setiap operasi dinyatakan dalam qutrits dapat dinyatakan dalam hal qudits, sehingga benar-benar hanya sintaksis gula. Tetapi beberapa masalah jauh lebih mudah untuk ditulis dan / atau dipikirkan ketika dinyatakan sebagai qudit daripada qubit yang terjerat. Sebagai contoh, variasi dari masalah Deutsch-Josza mungkin bertanya, diberi oracle untuk suatu fungsi f : { 0 , … , k n - $\mathbb{C}^3$$3\times 3$ , apakah fungsi ini konstan atau seimbang, mengingat seseorang dijanjikan demikian? Fungsi ini secara alami mengambil saturegister k -qudit sebagai input. Untuk mengatasinya, Anda harus menerapkan transformasi Fourier ke k -qudit ini, seperti: (jika ini melampaui kepala Anda, jangan khawatir, itu hanya untuk ilustrasi)$f\colon \{0,\ldots, kn-1\}\rightarrow \{0,\ldots, k-1\}$$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$

$n$

Komputer kuantum menggunakan biner. Tapi sungguh, ini adalah penyederhanaan, dan tidak ada jawaban sederhana tentang bagaimana algoritma kuantum bekerja yang tidak masuk ke dalam matematika fisika kuantum dan perhitungan kuantum. Cara terbaik bagi Anda untuk memahami bidang subjek ini adalah mulai dengan mempelajari perhitungan kuantum. Ada banyak buku pelajaran dan tutorial yang sangat bagus di luar sana.

Siapa pun yang memberi tahu Anda bahwa qubit memiliki 3 kemungkinan, salah. Itu bukan cara kerja mekanika kuantum. Dalam beberapa hal ada banyak kemungkinan keadaan ... tapi baca tentang perhitungan kuantum untuk mempelajari kisah nyata.

$0$$1$

Komputasi kuantum menggunakan qbits (saya kira itu singkatan dari bit kuantum). Qbits memungkinkan bit " superposed ", yaitu entitas yang dapat mengurutkan beberapa bit di tempat yang sama, secara teoritis (sesuai dengan pengetahuan terkini) sejumlah bit yang tidak terbatas.

$2^n$

Jadi itu tetap dalam sistem biner, meskipun yang memiliki sifat fisik yang berbeda.

Tapi saya sangat menyarankan Anda mengikuti saran DW dan melihat buku dan tutorial.

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

Namun, hal di atas tidak terlalu berguna untuk komputasi kuantum kesalahan-kesalahan yang merupakan apa yang Anda perlukan jika Anda benar-benar ingin memprogram apa pun pada komputer kuantum yang ada. Di bawah model itu, Anda tidak akan dapat menyiapkan qubit sewenang-wenang (dalam arti di atas), namun kondisi qubit apa pun dapat diperkirakan dengan ketepatan sewenang-wenang. Dengan demikian, Anda masih akan memiliki banyak negara tanpa batas bahkan untuk satu qubit tunggal, tetapi mereka akan sangat banyak (dibandingkan dengan kasus lainnya).

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

Partikel kuantum dapat dalam empat keadaan. Mereka dapat berputar, turun dan menjadi tangan kanan atau kiri. Jika Anda mengukur partikel yang terjerat, ketika Anda mengukurnya mereka akan berada dalam kombinasi dari empat negara. Jika kita bisa memprediksi atau menggunakan penghapus semacam itu, sepertinya ide yang bagus untuk menggunakan kuarterner daripada biner. Seperti yang ada sekarang, biner sedang digunakan tetapi di masa depan sesuatu yang berbeda kemungkinan akan menggantikan biner. Komputer kuantum seperti komputer klasik di tahun 50-an, mereka BESAR, mahal dan tidak praktis. Sebenarnya mereka hampir tidak berguna saat ini. Kami masih berjuang dengan decoherence. Harapannya untuk mengidentifikasi partikel kuantum topologi yang dapat mempertahankan koherensi (kuat) dan jika hari itu tiba, awas! Revolusi dengan lepas landas seperti roket. Sejujurnya tidak ada yang bisa memberi tahu Anda dengan pasti seperti apa komputer Q di masa mendatang ketika singularitas terjadi (sekitar 30 tahun dari sekarang) semua taruhan dibatalkan. Tidak ada yang bisa memberi tahu Anda apa yang akan terjadi melewati titik itu. Komputer bisa lepas landas ke arah yang bahkan belum kita impikan.