คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตจะใช้ระบบเลขฐานสองสามส่วนหรือสามส่วนหรือไม่

คอมพิวเตอร์ปัจจุบันของเราใช้บิตดังนั้นพวกเขาจึงใช้ระบบเลขฐานสอง แต่ฉันได้ยินมาว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตจะใช้ qubits แทนบิตง่าย ๆ

เนื่องจากในคำว่า "qubit" มีคำว่า "bi" ฉันแรกคิดว่านี่หมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะใช้ไบนารี (ฐาน 2)

แต่จากนั้นฉันได้ยินว่า qubits มีสถานะเป็นไปได้สามสถานะ: 0, 1, หรือการทับซ้อนของ 0 และ 1 ดังนั้นฉันจึงคิดว่านี่ต้องหมายความว่าพวกเขาจะใช้ไตรภาค (ฐาน 3)

แต่ฉันเห็นว่าหนึ่ง qubit สามารถเก็บข้อมูลได้มากถึงสองบิต ดังนั้นฉันคิดว่านี่อาจหมายความว่าพวกเขาจะใช้สี่ (ฐาน 4)

คอมพิวเตอร์ระบบควอนตัมในอนาคตจะใช้ระบบตัวเลขแบบไหน: ไบนารี่ไตรภาคหรือควอเทอร์นารี

คำตอบอื่น ๆ เป็นสิ่งที่ดี แต่ไม่มีใครตอบคำถาม: ฐานตัวเลขใดที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจใช้ ฉันจะตอบในสองส่วน: ก่อนอื่นคำถามเล็ก ๆ น้อย ๆ และอย่างที่สองคุณอาจใช้ฐานตัวเลขใด ๆ จากนั้นคุณทำงานกับ qutrits หรือโดยทั่วไปกับ qudits ซึ่งนำไปสู่การหยั่งรู้ในเชิงคุณภาพใหม่! หรือในอัตราใด ๆ ฉันจะพยายามทำกรณีที่พวกเขาทำ

ควอนตัมบิตไม่ใช่แค่หรือแต่มันซับซ้อนกว่านั้นเล็กน้อย ยกตัวอย่างเช่นบิตควอนตัมอาจจะอยู่ในรัฐ\เมื่อวัดคุณจะวัดผลมีโอกาสและผลที่ที่มีความน่าจะเป็น{4} 'การซ้อน' คุณพูดคุยเกี่ยวกับการเป็นแต่โดยทั่วไปคู่ของตัวเลขที่ซับซ้อนใด ๆและจะทำตราบใดที่ 1 หากคุณมีสาม qubits จากนั้นคุณสามารถพัวพันพวกเขาและรัฐจะเป็น1 $0$$1$0$\sqrt{\frac{1}{4}}|0\rangle+\sqrt{\frac{3}{4}}|1\rangle$$0$ 1$\frac{1}{4}$$1$$\frac{3}{4}$aba2+b2=$\sqrt{\frac{1}{2}}|0\rangle+\sqrt{\frac{1}{2}}|1\rangle$$a$$b$$a^2+b^2=1$

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

แต่เมื่อคุณวัดระบบสามควิบิตนี้ผลการวัดของคุณคือหนึ่งใน 8 สถานะดังกล่าวนั่นคือสามบิต นี่คือการแบ่งขั้วที่แปลกจริง ๆ ซึ่งในระบบควอนตัมมือข้างหนึ่งดูเหมือนจะมีพื้นที่ของรัฐแบบเอกซ์โปเนนเชียล แต่ในทางกลับกันเราดูเหมือนจะสามารถ 'เข้าสู่' ส่วนของลอการิทึมของพื้นที่รัฐได้ ใน 'การคำนวณเชิงควอนตัมนับตั้งแต่ Democritus', Scott Aaronson โพรบคำถามนี้โดยการจับคู่กับคลาสที่ซับซ้อนหลายอย่างเพื่อลองและทำความเข้าใจว่าพื้นที่รัฐเอ็กซ์โปเนนเชียลนี้สามารถใช้ประโยชน์จากการคำนวณได้มากแค่ไหน

ต้องบอกว่ามีคำร้องเรียนที่ชัดเจนต่อคำตอบข้างต้น: สัญกรณ์ทั้งหมดอยู่ในไบนารี Qubits อยู่ในสถานะซ้อนทับของสองสถานะพื้นฐานและการโยงมันไม่ได้เปลี่ยนแปลงมากนักเพราะสาม qubits อยู่ในสถานะซ้อนทับของสถานะพื้นฐาน มันเป็นเรื่องร้องเรียนที่ถูกต้องตามกฎหมายเพราะมักจะคิดว่าint ไม่ได้ลงนามเป็นตัวเลขและจำได้ว่ามันถูกนำมาใช้เป็นสตริง 32 บิตเป็นความคิดในภายหลัง$2^3$$\texttt{unsigned int}$

ป้อน qutrit มันเป็นเวกเตอร์ในหรืออีกนัยหนึ่งมันประกอบด้วยสามสถานะพื้นฐานแทนที่จะเป็นสอง คุณทำงานบนเวกเตอร์นี้ด้วย3 × 3เมทริกซ์และทุกสิ่งปกติที่ทำในการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเนื่องจากการดำเนินการใด ๆ ที่แสดงในรูปของ qutrits สามารถแสดงออกในแง่ของ qudits ดังนั้นจึงเป็นเรื่องจริงเพียงน้ำตาลประโยค แต่ปัญหาบางอย่างนั้นง่ายกว่าในการจดบันทึกและ / หรือคิดเมื่อแสดงเป็น qudits แทนที่จะเป็น qubits ที่พันกัน ตัวอย่างเช่นการเปลี่ยนแปลงของปัญหา Deutsch-Josza อาจถามโดยให้ oracle สำหรับฟังก์ชันf : { 0 , … , k n - $\mathbb{C}^3$$3\times 3$ , ฟังก์ชั่นนี้คงที่หรือมีความสมดุลเนื่องจากมีคนสัญญาว่าจะเป็นอย่างนั้นหรือ ฟังก์ชั่นนี้จะทำการบันทึก k -quditหนึ่งตัวเป็นอินพุต ในการแก้ปัญหานี้คุณต้องใช้การแปลงฟูริเยร์กับ k -qudit เช่นนี้: (ถ้าสิ่งนี้ข้ามหัวคุณไม่ต้องกังวลมันเป็นเพียงภาพประกอบ)$f\colon \{0,\ldots, kn-1\}\rightarrow \{0,\ldots, k-1\}$$k$$k$

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

หากคุณต้องการแสดงสิ่งนี้ในรูปแบบไบนารี่คุณจะต้องจบด้วยเกตที่ทำสิ่งนี้กับตัวเลขและทำสิ่งเล็กน้อย (ไม่ทำอะไรเลย) กับตัวเลขทั้งหมด≥ kซึ่งมีการประดิษฐ์น้อยกว่าการทำแบบนี้เล็กน้อย ในทำนองเดียวกันการพิจารณารูปแบบ Bernstein-Vazirani ที่ oracle คำนวณในผลิตภัณฑ์ในบาง Radix Rถ้าr = 2 แสดงว่าเรารู้วิธีทำ แต่ถ้าr = 5ปัญหาจะง่ายกว่าในการแก้ปัญหาด้วยมือโดยใช้รีจิสเตอร์5 -qudit หลายตัว ปัญหาบางอย่างจะง่ายขึ้นถ้าคุณมีการลงทะเบียน qudit ที่แตกต่างกันเช่นการลงทะเบียน5 -qudit หนึ่งครั้งและอีกหนึ่ง$0\ldots k-1$$\geq k$$r$$r=2$$r=5$$5$$5$ -qudit register$2$

โดยสรุปใช่คุณมีอิสระที่จะพิจารณาฐานตัวเลขอื่น ๆ และในการตั้งค่าที่เหมาะสมที่จะทำให้ชีวิตของคุณง่ายขึ้นด้วยเหตุผลเดียวกับที่การคิดถึงตัวเลขในแง่อื่นนอกเหนือจากการขยายแบบไบนารีจะช่วยให้คุณมีคอมพิวเตอร์ปกติ ฉันรู้สึกว่าถูกบังคับให้ตอบเพราะในขณะที่คำตอบส่วนใหญ่อธิบายว่า qubit มีบางสิ่งที่เกี่ยวข้องกับสองสถานะพื้นฐานเมื่อทำการวัด แต่ไม่มีที่สิ้นสุดในหลักการไม่มีคำตอบที่กล่าวว่าคำแนะนำ OPs ของการใช้ฐานอื่น ๆ ใน Quantum เดินบนกราฟ Aharonov และคณะใช้รูทีนย่อยที่รับ qubit และ qudit เป็นอินพุต)$n$

คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ไบนารี แต่จริงๆแล้วนี่คือการทำให้เข้าใจง่ายและไม่มีคำตอบง่ายๆเกี่ยวกับวิธีการทำงานของอัลกอริธึมควอนตัมที่ไม่เข้ากับคณิตศาสตร์ของควอนตัมฟิสิกส์และการคำนวณควอนตัม วิธีที่ดีที่สุดสำหรับคุณที่จะเข้าใจสาขาวิชานี้คือการเริ่มต้นด้วยการศึกษาการคำนวณควอนตัม มีตำราและแบบฝึกหัดที่ยอดเยี่ยมมากมาย

ใครก็ตามที่บอกคุณว่า qubits มี 3 สถานะที่เป็นไปได้ผิด นั่นไม่ใช่วิธีการทำงานของกลศาสตร์ควอนตัม ในบางแง่มีรัฐที่เป็นไปได้มากมายเหลือเกิน ... แต่อ่านเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัมเพื่อเรียนรู้เรื่องราวจริง

บิตบิตหน่วยงานเช่นที่สามารถมีเพียงหนึ่งในสองรัฐมักจะตั้งข้อสังเกตและ1$0$$1$

การคำนวณควอนตัมใช้ qbits (ฉันคิดว่ามันหมายถึงควอนตัมบิต) Qbits อนุญาตให้บิต " superposed " คือเอนทิตีที่สามารถจัดเรียงบิตหลาย ๆ อันไว้ในที่เดียวกันตามหลักวิชา (ตามสถานะของความรู้ในปัจจุบัน) จำนวนบิตที่ไม่ จำกัด

$2^n$

ดังนั้นมันจะอยู่ในระบบเลขฐานสองแม้ว่าจะมีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน

แต่ฉันขอแนะนำให้คุณทำตามคำแนะนำของ DWและดูหนังสือและแบบฝึกหัด

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

อย่างไรก็ตามข้างต้นไม่ได้มีประโยชน์มากสำหรับการคำนวณควอนตัมที่ผิดปกติซึ่งเป็นสิ่งที่คุณต้องการหากคุณต้องการโปรแกรมอะไรบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่จริง ภายใต้รูปแบบนั้นคุณจะไม่สามารถเตรียม qubits ตามอำเภอใจ (ในความหมายข้างต้น) อย่างไรก็ตามสถานะ qubit ใด ๆ อาจถูกประมาณด้วยความแม่นยำโดยพลการ ดังนั้นคุณจะยังคงมีหลายรัฐที่ไม่มีขีด จำกัด แม้จะเป็นควิบิตเดียว แต่ก็จะมีจำนวนมาก (เมื่อเทียบกับกรณีอื่น)

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

อนุภาคควอนตัมสามารถอยู่ในสี่สถานะ พวกเขาสามารถหมุนขึ้นลงและเป็นมือขวาหรือซ้าย หากคุณกำลังวัดอนุภาคที่พันกันเมื่อคุณวัดพวกมันพวกมันจะอยู่ในสถานะรวมกันของสี่สถานะเหล่านั้น ถ้าเราสามารถคาดเดาหรือใช้ยางลบบางชนิดมันก็เป็นความคิดที่ดีที่จะใช้ quarternary แทนที่จะเป็นเลขฐานสอง ขณะนี้มันกำลังใช้งานไบนารีอยู่ แต่ในอนาคตสิ่งที่แตกต่างกันน่าจะเกิดขึ้นแทนไบนารี คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเหมือนคอมพิวเตอร์คลาสสิคในยุค 50 พวกมันมีขนาดใหญ่แพงและไม่สามารถใช้งานได้จริง ในความเป็นจริงพวกเขาไม่ค่อยมีประโยชน์ในเวลานี้ เรายังคงต่อสู้กับ decoherence หวังว่ามันจะระบุอนุภาคควอนตัมทอพอโลยีที่สามารถรักษาความเชื่อมโยงกัน (เป็นที่แข็งแกร่ง) และถ้าวันนั้นมาถึงระวัง! การปฏิวัติด้วยการถอดออกเหมือนจรวด ความซื่อสัตย์ไม่มีใครสามารถบอกคุณได้อย่างแน่นอนว่าคอมพิวเตอร์ Q จะเป็นอย่างไรในอนาคตเมื่อภาวะเอกฐานเกิดขึ้น (ประมาณ 30 ปีจากนี้) การเดิมพันทั้งหมดจะถูกปิด ไม่มีใครสามารถบอกคุณได้ว่าจะเกิดอะไรขึ้นในจุดนั้น คอมพิวเตอร์สามารถบินไปในทิศทางที่เราไม่เคยฝันถึง