"Ki taku whakaaro ka taea e au te kii kaore he tangata e mohio ana ki nga miihini quantum." - Richard Feynman
Ko te kaupapa o te rorohiko quantum i tino miharo ki nga kaituhi hangarau me nga kairipoata. Ko te kaha o te rorohiko me te uaua i hoatu ki a ia he aura ngaro. I te nuinga o nga wa, ko nga tuhinga korero me nga korero whakaahua e whakaatu ana i nga ahuatanga rereke o tenei umanga, me te kore e pa atu ki tana whakamahinga mahi: ka taea e tenei te whakapohehe i te hunga panui iti.
Ko nga tuhinga putaiao rongonui ka whakakore i nga whakaahuatanga o nga punaha quantum me te whakaputa korero penei:
Ko te moka noa he 1, he 0 ranei, engari ko te qubit he 1 me te 0 i te wa kotahi.
Mena he waimarie koe (kaore au i te tino mohio), ka kii atu koe:
Ko te qubit kei roto i te superposition i waenganui i "1" me "0".
Karekau he whakamaarama i te ahua tika, i te mea e ngana ana matou ki te hanga i tetahi ahuatanga miihini quantum ma te whakamahi i te reo i whakawhanakehia i roto i te ao tuku iho. Hei whakamarama i nga maataapono o te rorohiko quantum, me whakamahi tetahi atu reo - te pangarau.
I roto i tenei akoranga, ka hipokina e au nga taputapu pangarau e hiahiatia ana hei whakatauira me te mohio ki nga punaha rorohiko quantum, me pehea hoki te whakaatu me te whakamahi i te arorau o te rorohiko quantum. I tua atu, ka hoatu e ahau he tauira o te quantum algorithm me te korero ki a koe he aha te painga o te rorohiko tuku iho.
Ka whakapau kaha ahau ki te whakamarama i enei mea katoa i roto i te reo marama, engari kei te tumanako tonu ahau kia mohio nga kaipānui o tenei tuhinga ki te taurangi rarangi me te arorau matihiko (kua hipokina te taurangi rarangi , mo te arorau matihiko - ).
Tuatahi, me titiro ki nga maataapono o te arorau matihiko. I ahu mai i runga i te whakamahi iahiko hiko ki te kawe i nga tatauranga. Kia maamaa ake ta maatau whakaahuatanga, me whakangawarihia te ahua o te waea hiko ki te "1" "0" ranei, ka rite ki nga ahua "i" ranei "atu". Ma te whakarite i nga transistors i roto i tetahi raupapa, ka hangaia e matou nga mea e kiia ana ko nga huanga arorau e tango ana i te kotahi neke atu ranei o nga uara tohu whakauru ka huri hei tohu whakaputa i runga i etahi ture o te arorau Boolean.
Ko nga keeti arorau noa me o raatau tepu whenua
I runga i nga mekameka o enei huānga taketake, ka taea te hanga huānga uaua ake, a i runga i nga mekameka o nga huānga uaua ake, ka taea e tatou te mutunga, me te nui o te tangohanga, te tumanako ki te whiwhi i tetahi tairitenga o te tukatuka pokapū.
Ka rite ki taku korero i mua ake nei, me whai huarahi tatou hei tohu i te arorau matihiko ma te pangarau. Tuatahi, me whakauru tatou i te arorau tuku iho o te pangarau. Ma te whakamahi i te taurangi raina, ko nga moka matarohia me nga uara "1" me te "0" ka taea te tohu hei vector pou e rua:
kei hea nga nama kei te taha maui vector. Ma te whakaatu i o maatau paraka penei, ka taea e tatou te whakatauira i nga mahi arorau i runga i nga paraka ma te whakamahi i nga huringa vector. Kia mahara: ahakoa ma te whakamahi i nga paraka e rua i roto i nga keeti arorau ka taea te mahi i nga mahi maha (AND, NOT, XOR, etc.), ina whakamahi i te moka kotahi, e wha anake nga mahi ka taea: te hurihanga tuakiri, te whakakore, te tatau o te "0" me te tātaitanga o te pūmau “1”. Ma te hurihanga tuakiri, ka noho tonu te moka kaore e rereke, me te whakakore, ka huri te uara moka ki te rereke (mai i te "0" ki te "1" mai i te "1" ki te "0"), me te tatauranga o te "1" tonu ka tautuhia e te “0” te moka ki te “1” ki te “0” ahakoa te uara o mua.
| tuakiri | Te hurihanga tuakiri |
| Koretake | Te whakahē |
| Tonu-0 | Te tātaitanga o te pūmau "0" |
| Tonu-1 | Te tātaitanga o te pūmau "1" |
I runga i ta maatau tohu hou mo te moka, he ngawari noa te mahi i runga i te moka e rite ana ma te whakamahi i te huringa vector:
I mua i te neke whakamua, me titiro ki te kaupapa , e kii ana kia taea ai te whakahoki mai i tetahi mahi, i te huānga arorau ranei, me whakatau he rarangi o nga uara tohu whakauru i runga i nga tohu whakaputa me nga ingoa o nga mahi i whakamahia. Na, ka taea e tatou te whakatau ko te hurihanga tuakiri me te whakakore ka taea te huri, engari ko nga mahi mo te tatau i nga taumau "1" me "0" kaore. Nga mihi ki Ko nga miihini quantum, ko nga rorohiko quantum e whakamahi ana i nga mahi whakamuri anake, no reira ka aro atu tatou. Whai muri, ka hurihia e matou nga huānga e kore e taea te huri hei huānga whakahuri kia taea ai te whakamahi e te rorohiko quantum.
Ma te awhina o Ka taea te whakaatu i nga moka takitahi e te maha o nga moka:
Inaianei kua tata katoa nga ariā pangarau e tika ana, me haere ki to tatau tatau arorau matua tuatahi. Ko te kaiwhakahaere tenei , Kare ranei e whakahaeretia (NOT), he mea tino nui ki te whakahuri me te rorohiko quantum. Ko te huānga CNOT e pa ana ki nga moka e rua ka whakahoki i nga moka e rua. Ko te moka tuatahi ka tohua hei moka "mana", ko te tuarua hei moka "mana". Mena kua tautuhia te moka mana ki te "1", ka huri te moka mana i tona uara; Mena kua tautuhia te moka mana ki te "0", karekau te moka mana e huri.
Ka taea te whakaatu i tenei kaiwhakahaere ko te vector huringa e whai ake nei:
Hei whakaatu i nga mea katoa kua hipokina e matou i tenei wa, ka whakaatu ahau ki a koe me pehea te whakamahi i te huānga CNOT ki nga moka maha:
Hei whakarāpopoto i ngā kōrero kua kōrerotia kētia: i te tauira tuatahi ka tihorea te |10⟩ ki ngā wāhanga o tana hua tensor ka whakamahi i te matrix CNOT ki te whiwhi i te ahua hou o te hua; ka tohua e matou ki te |11⟩ e ai ki te ripanga o nga uara CNOT i homai i mua.
Na, kua maumahara matou ki nga ture pangarau katoa hei awhina i a matou ki te mohio ki nga mahi rorohiko tuku iho me nga moka noa, ka mutu ka taea te neke atu ki te rorohiko quantum hou me nga qubits.
Mena kua panui koe i tenei tawhiti, he korero pai taku mo koe: ka taea te whakaatu ngawari i nga qubits. I te nuinga o te waa, mena ka taea te tautuhi i tetahi moka puāwaitanga (cbit) ki |1⟩, |0⟩ ranei, kei te tuunga noa te qubit ka taea te |0⟩ me te |1⟩ i mua i te ine. Whai muri i te ine, ka tiango ki |0⟩ |1⟩ ranei. Arā, ka taea te whakaatu i te qubit hei huinga rārangi o |0⟩ me |1⟩ e ai ki te tātai i raro nei:
te wahi a₀ и a₁ e tohu ana, ia, nga kaha kaha |0⟩ me |1⟩. Ka taea te whakaaro he "tuponotanga quantum", e tohu ana i te tupono o te qubit ki te taka ki roto i tetahi o nga kawanatanga i muri i te ine, na te mea i roto i nga miihini quantum ka hinga tetahi mea i roto i te superposition ki tetahi o nga kawanatanga i muri i te whakatikatika. Kia whakawhänuihia tënei krero ka whiwhi i nga mea e whai ake nei:
Hei whakangawari ake i taku whakamarama, koinei te whakaaturanga ka whakamahia e au i roto i tenei tuhinga.
Mo tenei qubit, ko te tupono ka hinga ki te uara a₀ i muri i te ine he rite ki te |a₀|², me te tupono ka taka ki te uara aHe rite te ₁ ki te |a₁|². Hei tauira, mo te qubit e whai ake nei:
ko te tupono ka taka ki te “1” he rite ki te |1/ √2|², ½ ranei, ara, 50/50.
I te mea i roto i te punaha puāwaitanga me taapiri katoa nga tūponotanga ki te kotahi (mo te tohatoha tūponotanga katoa), ka taea e tatou te whakatau ko nga tapawha o nga uara tino o nga amplitudes |0⟩ me |1⟩ me taapiri ake ki te kotahi. I runga i enei korero ka taea e tatou te hanga i te wharite e whai ake nei:
Mēnā e mōhio ana koe ki te pākoki, ka kite koe e hāngai ana tēnei whārite ki te kaupapa Pythagorean (a²+b²=c²), arā, ka taea te whakaatu kauwhata i ngā āhua o te qubit hei tohu i te porowhita wae, ara:
Ko nga kaiwhakahaere arorau me nga huānga ka whakamahia ki nga qubits i te ahua o te ahuatanga me nga moka tawhito - i runga i te huringa matrix. Ko nga kaiwhakahaere matrix hurihuri katoa kua maumaharahia e matou i tenei wa, ina koa ko te CNOT, ka taea te whakamahi ki te mahi me nga qubits. Ka taea e nga kaiwhakahaere matrix te whakamahi i ia o nga amplitudes o te qubit me te kore e ine me te tiango. Me hoatu e ahau he tauira mo te whakamahi i te kaiwhakahaere negation i runga i te qubit:
I mua i te haere tonu, me whakamahara ahau ki a koe ko nga uara kaha kaha a₀ me a₁ he pono , no reira ka taea te mapi i te ahua o te qubit ki runga i te awhi waeine ahu-toru, e mohiotia ana ko :
Heoi, hei whakangawari i te whakamaramatanga, ka whakawhäitihia i konei ki nga tau tuturu.
Te ahua nei kua tae ki te wa ki te matapaki i etahi huānga arorau e whai tikanga ana i roto i te horopaki o te rorohiko quantum.
Ko tetahi o nga kaiwhakahaere tino nui ko te "Hadamard huānga": he iti noa te ahua i roto i te ahua "0" ranei "1" ka tuu ki te tuunga tika me te 50% te tupono ka taka ki te "1" ranei "0" i muri i te inenga.
Kia mahara he tau kino kei te taha matau o raro o te kaiwhakahaere Hadamard. Na te mea ko te hua o te tono i te kaitoro ka whakawhirinaki ki te uara o te tohu whakauru: - |1⟩ |0⟩ ranei, na reira ka taea te tatau te huri.
Ko tetahi atu mea nui mo te huānga Hadamard ko tona hurihanga, te tikanga ka taea e ia te tango i te qubit i roto i te tuunga e tika ana ka huri hei |0⟩ |1⟩ ranei.
He mea tino nui tenei na te mea ka taea e tatou te huri mai i te ahua nui me te kore e whakatau i te ahua o te qubit - a, na reira, kaore e pakaru. No reira, ka taea e tatou te hanga rorohiko ine i runga i te whakatau, kaua i te maapono pono.
Ko nga kaiwhakahaere quantum e mau ana i nga tau tuturu ko o ratou ake ritenga, no reira ka taea e matou te whakaatu i te hua o te tono i te kaiwhakahaere ki te qubit hei huringa i roto i te porowhita wae hei ahua o te miihini whenua:
Na, ko te qubit, ko te ahua e whakaatuhia ana i te hoahoa i runga ake nei, i muri i te whakamahi i te mahi Hadamard, ka hurihia ki te ahua e tohuhia ana e te pere e rite ana. Waihoki, ka taea e tatou te hanga i tetahi atu miihini kaaahua hei whakaatu i te huringa o te qubit ma te whakamahi i te kaiwhakahaere whakakore i runga ake nei (e mohiotia ana ko te Pauli negation operator, bit inversion ranei), penei i raro nei:
Ki te mahi i nga mahi uaua ake i runga i a maatau qubit, ka taea e taatau te here i nga kaiwhakahaere maha, te whakamahi ranei i nga huānga i nga wa maha. Tauira o te huringa rangatū i runga i penei te ahua:
Arā, ki te timata tatou ki te moka |0⟩, hoatu he moka hurihuri, katahi ka mahi i te Hadamard, katahi ano he mahi moka, katahi ano he mahi Hadamard, ka whai i te moka hurihuri whakamutunga, ka mutu ko te vector i homai e on te taha matau o te mekameka. Ma te whakatakoto i nga miihini ahua rereke ki runga ake o tetahi ki tetahi, ka taea e tatou te timata i te |0⟩ me te whai i nga pere tae e rite ana ki ia huringa kia mohio ai me pehea te mahi katoa.
I te mea kua tae mai tatou ki tenei wa, kua tae ki te wa ki te whakaaro ki tetahi o nga momo algorithms quantum, ara - , me te whakaatu i tona painga ki runga i te rorohiko puāwaitanga. He mea tika kia mohio ko te Deutsch-Jozsa algorithm he tino whakatau, ara, ka whakahoki mai i te whakautu tika 100% o te waa (kaore i rite ki etahi atu algorithms quantum i runga i te whakamaaramatanga o te qubits).
Whakaarohia kei a koe he pouaka pango kei roto he mahi/kaiwhakahaere i runga i te moka kotahi (mahara - me te moka kotahi, e wha anake nga mahi ka taea te mahi: te hurihanga tuakiri, te whakakore, te arotake i te "0" tonu me te arotake o te "1" tonu "). He aha te mahi i mahia i roto i te pouaka? Kaore koe e mohio ko tehea, engari ka taea e koe te haere ki te maha o nga momo uara whakauru e pai ana koe me te arotake i nga hua whakaputa.
E hia nga whakaurunga me nga putanga ka tukuna e koe i roto i te pouaka pango kia mohio ai ko tehea mahi e whakamahia ana? Whakaarohia tenei mo te tuarua.
I roto i te take o te rorohiko matarohia, me hanga e koe kia 2 nga patai hei whakatau i te mahi hei whakamahi. Hei tauira, mena ka puta he huanga "1" te whakaurunga "0", ka maarama ko te mahi o te tatau i te "0" tonu, ka whakamahia ranei te mahi whakakore, muri iho ka huri koe i te uara o te tohu whakauru. ki te "0" ka kite he aha te mahi i te putanga.
Mo te rorohiko nui, e rua nga patai ka hiahiatia, na te mea kei te hiahia tonu koe kia rua nga uara putanga rereke hei tautuhi tika i te mahi hei tono ki te uara whakauru. Heoi, ki te whakahouhia e koe te patai, ka puta he painga nui tonu nga rorohiko quantum: mena kei te pirangi koe ki te mohio mena he pumau, he rereke ranei te mahi e whakamahia ana, ka whai hua nga rorohiko quantum.
He rereke te mahi e whakamahia ana i roto i te pouaka mena he rereke nga uara o te tohu whakaurunga ka puta nga hua rereke i te putanga (hei tauira, te hurihanga tuakiri me te hurihuri moka), a ki te kore e rereke te uara whakaputa ahakoa te uara whakauru, katahi ka he pūmau te mahi (hei tauira, te tātai i te pūmau "1", te tātai i te pūmau "0").
Ma te whakamahi i te algorithm quantum, ka taea e koe te whakatau mena he mahi i roto i te pouaka pango he pumau, he rereke ranei i runga i te patai kotahi noa. Engari i mua i te titiro me pehea te mahi i tenei, me rapu he huarahi ki te hanga i ia o enei mahi ki runga rorohiko quantum. I te mea me huri huri noa nga kaiwhakahaere ine, ka raru tonu tatou: ko nga mahi mo te tatau i nga taurite "1" me "0" ehara.
Ko te otinga noa e whakamahia ana i roto i te rorohiko quantum ko te taapiri i tetahi qubit putanga taapiri e whakahoki mai ana i nga uara whakauru ka whakawhiwhia ki te mahi.
| I mua: | I muri: |
 |  |
Ma tenei ara, ka taea e taatau te whakatau i nga uara whakauru i runga noa i te uara whakaputa, ka huri te mahi. Ko te hanganga o nga iahiko quantum e hiahia ana mo te moka whakauru taapiri. Mo te whakaaro ki te whakawhanake i nga kaiwhakahaere e rite ana, ka whakaaro tatou kua tautuhia te taapiri whakauru qubit ki |0⟩.
Ma te whakamahi i te ahua o te ara iahiko rahi i whakamahia i mua ake nei, kia kite tatou me pehea e taea ai te whakatinana i ia o nga huānga e wha (te huringa tuakiri, te whakakorenga, te arotakenga o te "0" mau tonu me te arotakenga o te "1") mau tonu ma te whakamahi i nga kaiwhakahaere quantum.
Hei tauira, penei me pehea e taea ai e koe te whakamahi i te mahi mo te tatau i te "0" tonu:
Te tātaitanga o te pūmau "0":
I konei kaore matou e hiahia ki nga kaiwhakahaere. Ko te qubit tāuru tuatahi (i whakaarohia ko |0⟩) ka hoki mai me te uara rite, ka hoki ano te uara whakauru tuarua - pera i mua.
Ma te mahi mo te tatau i te "1" he rereke te ahuatanga:
Te tātaitanga o te pūmau "1":
I te mea kua whakaaro matou ko te qubit whakauru tuatahi ka tautuhia ki te |0⟩, ko te hua o te tono i te kaiwhakahaere hurihuri moka ko te whakaputa i tetahi ki te putanga. Ka rite ki o mua, ko te qubit tuarua e homai ana ake uara i te putanga.
I te wa e mapi ana i te kaiwhakahaere huringa tuakiri, ka timata te mahi ki te uaua ake. Anei me pehea te mahi:
Huringa ōrite:
Ko te tohu e whakamahia ana i konei e tohu ana i te huānga CNOT: ko te rarangi o runga he tohu moka whakahaere, ko te rarangi raro he tohu moka whakahaere. Me whakamahara ahau ki a koe i te wa e whakamahi ana i te kaiwhakahaere CNOT, ka huri te uara o te moka whakahaere mena he rite te moka mana ki te |1⟩, engari ka noho tonu mena ka rite te moka mana ki te |0⟩. I te mea i whakaaro matou he rite tonu te uara o te rarangi runga ki te |0⟩, ka tautapahia tona uara ki te rarangi o raro.
He rite tonu ta matou haere ki te kaiwhakahaere kore:
Whakakore:
Hurihia noa te moka i te mutunga o te raina whakaputa.
Inaianei kua puta te maaramatanga tuatahi, me titiro ki nga painga motuhake o te rorohiko quantum ki runga i te rorohiko tuku iho ina tae mai ki te whakatau i te pumau, i te rereketanga ranei o tetahi mahi huna i roto i te pouaka pango ma te whakamahi i te patai kotahi.
Hei whakaoti i tenei rapanga ma te whakamahi i te rorohiko quantum i roto i te tono kotahi, me whakauru nga qubits whakauru ki roto i te superposition i mua i te tuku ki te mahi, penei i raro nei:
Ka tukuna ano te huānga Hadamard ki te hua o te mahi ki te wawahi i nga qubits mai i te superposition me te whakatau i te algorithm. Ka timata tatou i te punaha i roto i te ahua |00⟩ a, mo nga take ka whakamaarama ake e au, ka whiwhi i te hua |11⟩ mena he rite tonu te taumahi e whakamahia ana. Mēnā he rerekē te mahi i roto i te pouaka pango, ka mutu te ine ka whakahokia e te punaha te hua |01⟩.
Kia mohio ai koe ki te toenga o te tuhinga, me titiro ki te whakaahua i whakaatuhia e ahau i mua:
Ma te whakamahi i te kaiwhakahaere hurihuri moka me te whakamahi i te huānga Hadamard ki nga uara whakauru e rua e rite ana ki te |0⟩, ka whakarite maatau ka whakamaoritia ki te tuunga rite o |0⟩ me |1⟩, penei:
Ma te whakamahi i te tauira o te tuku i tenei uara ki tetahi mahi pouaka pango, he ngawari ki te whakaatu ko nga mahi uara pumau e rua te putanga |11⟩.
Te tātaitanga o te pūmau "0":
Waihoki, ka kite tatou ko te mahi mo te tatau i te "1" tonu ka puta ano te |11⟩ hei putanga, ara:
Te tātaitanga o te pūmau "1":
Kia mahara ko te putanga ko |1⟩, mai i te -1² = 1.
Ma te maapono ano, ka taea e tatou te whakaatu i te wa e whakamahi ana i nga mahi taurangi e rua, ka whiwhi tonu tatou |01⟩ i te putanga (mehemea ka whakamahi tatou i te tikanga kotahi), ahakoa he uaua ake nga mea katoa.
Huringa ōrite:
I te mea ko te CNOT he kaiwhakahaere rua-qubit, kaore e taea te tohu hei miihini ahua ngawari, na reira me tautuhi i nga tohu whakaputa e rua i runga i te hua tensor o nga qubits whakauru me te whakareatanga e te matrix CNOT pera i te korero o mua:
Ma tenei tikanga ka taea ano e matou te whakaū ka riro te uara whakaputa |01⟩ mena ka huna te mahi whakakore i roto i te pouaka pango:
Whakakore:
No reira, katahi ano matou ka whakaatu i tetahi ahuatanga e tino pai ake ai te rorohiko quantum i te rorohiko tikanga.
He aha to muri mai?
Ko taku whakaaro ka mutu i konei. He mahi nui kua mahia e matou. Mena kua mohio koe ki nga mea katoa kua korerohia e au, ki taku whakaaro kei te mohio koe inaianei ki nga kaupapa o te rorohiko quantum me te arorau quantum, me te aha e pai ake ai nga algorithms quantum i te rorohiko tuku iho i etahi ahuatanga.
Ko taku whakaahuatanga kaore e taea te kii he tino aratohu ki te rorohiko quantum me te algorithms - engari, he kupu whakataki poto mo te pangarau me te tuhipoka, i hangaia hei whakakore i nga whakaaro o nga kaipānui mo te kaupapa i tukuna e nga punawai rongonui rongonui (he tino nui, he maha nga mea kaore e taea. mohio ki te ahuatanga!). Kaore au i whai wa ki te pa atu ki nga kaupapa nui - hei tauira, , te uaua o nga uara kaha kaha |0⟩ me |1⟩ me te mahi o nga momo huānga arorau rahi i te wa o te hurihanga a te ao Bloch.
Mena kei te pirangi koe ki te whakariterite me te hanga i to matauranga mo nga rorohiko quantum, tere Ka tūtohu ahau kia panui koe Emma Strubel: ahakoa te maha o nga tauira pangarau, ka korero tenei pukapuka i nga tikanga algorithms i te rahi.
Source: will.com
