Чи будуть майбутні квантові комп'ютери використовувати двійкову, потрійну чи четвертинну систему числення?

13

Наші сучасні комп'ютери використовують біти, тому вони використовують двійкову систему числення. Але я чув, що майбутні квантові комп'ютери будуть використовувати кубіти замість простих біт.

Оскільки у слові "кубіт" є слово "бі", я спершу подумав, що це означає, що квантові комп'ютери будуть використовувати двійкові (база 2).

Але потім я почув, що у кубітів є три можливі стани: 0, 1 або суперпозиція 0 і 1. Тоді я подумав, що це повинно означати, що вони будуть використовувати трійкові (база 3).

Але потім я побачив, що один кубіт може вмістити стільки інформації, скільки два біти. Тому я подумав, що це може означати, що вони будуть використовувати четвертинку (основа 4).

Отже, яку систему числення використовуватимуть майбутні квантові комп'ютери: двійкові, потрійні чи четвертинні?

computer-architecture quantum-computing numeral-representations

— Core-Crash
джерело

1

Qbit не є жодним із трьох. Крім того, зауважте, що "біт" іноді використовується як синонім "одного символу" (тобто системи з базою, крім двох, можуть також використовувати цей термін).

— Рафаель

грубо кажучи, входи / виходи є двійковими, але проміжні обчислення є в кубітних суперпозиціях wrt Rs коментар "нічого з вищезгаданого"

— vzn

14

Інші відповіді є приємними, але жодна не стосується питання: яку числову базу можуть використовувати квантові комп'ютери? Я відповім у двох частинах: по-перше, питання трохи тонке, по-друге, ви можете використовувати будь-яку числову базу, а потім ви працюєте з qutrits або взагалі з qudits, що призводить до якісно нових інтуїцій! Або в будь-якому випадку я спробую зробити так, що вони роблять.

$0$ $1$ $\sqrt{\frac{1}{4}}|0\rangle+\sqrt{\frac{3}{4}}|1\rangle$ $0$ $\frac{1}{4}$ $1$ $\frac{3}{4}$ $\sqrt{\frac{1}{2}}|0\rangle+\sqrt{\frac{1}{2}}|1\rangle$ $a$ $b$ $a^2+b^2=1$

а_{0} | 000 ⟩ + а_{1} | 001 ⟩ + а_{2} | 010 ⟩ + а_{3} | 011 ⟩ + а_{4} | 100 ⟩ + а_{5} | 101 ⟩ + а_{6} | 110 ⟩ + а_{7} | 111 ⟩

Але коли ви вимірюєте цю три-кубітну систему, ваш результат вимірювання - один із цих 8 станів, тобто три біта. Це ця справді дивна дихотомія, де, з одного боку, квантові системи мають такий експоненціальний простір стану, але з іншого боку, ми лише здаємося здатними «дістати» логарифмічну частину простору стану. У «Квантових обчисленнях після демокриту» Скотт Ааронсон розглядає це питання, підбираючи кілька класів складності, щоб спробувати зрозуміти, яку частину цього експоненціального простору стану ми можемо використати для обчислення.

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

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

| а ⟩ \mapsto \sum_{у = 0}^{к - 1} е^{i 2 π \frac{а у}{к}} | у ⟩

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

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

$n$

— Льюве Вінкхуйзен
джерело

3

Квантові комп'ютери використовують двійкові. Але насправді це спрощення, і немає простої відповіді про те, як працюють квантові алгоритми, які не потрапляють у математику квантової фізики та квантові обчислення. Найкращий спосіб зрозуміти цю предметну область - це почати з вивчення квантових обчислень. Там багато чудових підручників та навчальних посібників.

Хто б вам не сказав, що кубіти мають 3 можливі стани, помилявся. Це не зовсім так, як працює квантова механіка. У деякому сенсі існує нескінченно багато можливих станів ... але читайте про квантові обчислення, щоб дізнатися реальну історію.

— DW
джерело

2

$0$ $1$

У квантових обчисленнях використовується qbit (я вважаю, що це означає квантові біти). Qbits дозволяє " накладені " біти, тобто сутності, які можуть сортувати утримувати кілька бітів в одному місці, теоретично (відповідно до сучасного стану знань) необмежену кількість біт.

$2^n$

Таким чином, він залишається у двійковій системі, хоча і в тій, що має різні фізичні властивості.

Але я настійно пропоную вам дотримуватися порад DW і переглядати книги та навчальні посібники.

— бабу
джерело

1

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

Однак, вищезазначене не дуже корисно для квантових обчислень, які не мають відмов, і це те, що вам знадобиться, якщо ви хочете щось програмувати на існуючому квантовому комп'ютері. За цією моделлю ви не зможете підготувати довільні кубіти (у вищезгаданому сенсі), проте будь-який стан кубіту може бути наближений з довільною точністю. Таким чином, у вас все одно буде нескінченно багато штатів навіть для одного кубіта, але їх буде помітно багато (порівняно з іншим випадком).

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

-4

Квантові частинки можуть бути в чотирьох станах. Вони можуть крутитися вгору, вниз і бути правою або лівою рукою. Якщо ви вимірюєте заплутані частинки, коли ви вимірюєте їх, вони опиняться в деякій комбінації цих чотирьох станів. Якби ми могли дещо як передбачити або використовувати гумку якогось типу, нам здасться, що вдалою є використання четвертинних, а не двійкових. На сьогоднішній день використовується бінарне, але в майбутньому щось інше, можливо, займе місце бінарного. Квантові комп'ютери, як класичні комп’ютери, були в 50-х роках, вони ВЕЛИЧЕЗНІ, дорогі і не практичні. Насправді вони навряд чи корисні в цей час. Ми все ще боремося з декогерентністю. Сподіваюся, що вона виявить топологічну квантову частинку, яка може підтримувати когерентність (є міцною), і якщо настане цей день, дивіться! Революція з злетом, як ракета. Якщо чесно, ніхто не може з упевненістю сказати вам, якими будуть Q-комп’ютери в майбутньому, коли відбудеться сингулярність (приблизно 30 років відтепер) усі ставки вимикаються. Ніхто не може сказати тобі, що буде після цього. Комп'ютери могли злітати в напрямках, про які ми навіть не мріяли.

— Якийсь хлопець
джерело

3

"Квантові частинки можуть бути в чотирьох станах." [потрібна цитата]

— Девід Річербі