Die Mind-Bending-Mathematik hinter Quantencomputern

  • 2019

Quantum Computing ist viel für Sie. Um es ganz einfach auszudrücken (wie der kanadische Premierminister Justin Trudeau kürzlich mit überraschender Beredsamkeit tat), bestehen reguläre Computer aus Bits - Einsen und Nullen -, die in Logikgatter eingespeist werden und auf der anderen Seite entweder verwandelt oder als gleich auskommen eine andere oder null. Computer werden schneller, wenn Sie diese Tore kleiner machen und mehr an einen Ort passen. Beim Quanten-Computing tritt dieser gesamte Prozess jedoch aus dem Fenster.

Für eine etwas ausführlichere Erklärung können Sie dieses neue Video aus dem hervorragenden YouTube-Kanal der PBS Infinite Series ausprobieren, der sich mit der verrückten Mathematik hinter Quantencomputern beschäftigt. Der Gastgeber, Kelsey Houston-Edwards, weist schnell darauf hin, dass Quantencomputer noch nicht existieren, aber die Mathematik sichert die Möglichkeit, sie in Zukunft zu bauen.

Die Quantenmechanik erlaubt es, dass Teilchen zwischen zwei Zuständen existieren, was als Überlagerung bezeichnet wird. Diese Teilchen setzen sich nur in den einen oder anderen Zustand ein, wenn sie gemessen werden - denken Sie an Schrödingers Katze. Quantencomputer wenden dies auf Bits an, die in diesem Fall als Qubits bezeichnet werden. In einem dieser theoretischen Computer liegt ein durch ein Logikgatter gespeistes Qubit (in Quantenberechnung ein Quantengatter) überlagert vor, dh es ist weder Eins noch Null, bevor es gemessen wird.

Wenn wir die Überlagerung eines Qubits mehrmals kollabieren, finden wir eine Gleichung, die ihre Überlagerung beschreibt, die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer Null oder Eins führt. Warum ist das wichtig? Wenn wir in einem klassischen Computer eine Funktion mit einer Folge von Nullen und Einsen ausführen, können wir nur den Status jedes Bits auf eine Weise ändern. Da die Qubits in Quantencomputern in Überlagerungen gehalten werden, in denen sie unendlich viele Zustände gleichzeitig sind, kann der Computer eine verrückte Menge an Informationen enthalten, ohne dass wir sie jemals sehen müssen, bis wir eine endgültige Antwort haben. Wir können mit den Wahrscheinlichkeiten arbeiten, die uns durch Überlagerung gegeben werden, ohne sich mit den Dutzenden von Ziffern zu beschäftigen, die diese Gleichungen darstellen.

Zum Beispiel ist die Anzahl der Zustände, die in einer Folge von sechs Bits möglich sind, zwei (die Anzahl möglicher Zustände für jedes Bit) bis zur sechsten Potenz oder insgesamt 64. Dies bedeutet, dass zur Ermittlung aller möglichen Zustände der Bits bei einem normalen Computer bis zu 64 Schritte erforderlich sind. Wenn wir jedoch Überlagerungen von Qubits verwenden, um die Wahrscheinlichkeit für unterschiedliche Antworten auf diese Funktion zu ermitteln, ermitteln wir nicht den tatsächlichen Zustand jedes Qubits, sondern nur die Wahrscheinlichkeit, dass diese in jedem Zustand existieren. Um zur endgültigen Gleichung zu gelangen, sind nur vier erforderlich Schritte. Wenn Sie sich vorstellen, dass dies auf viel, viel längere Zeichenfolgen aus Nullen und Einsen angewendet wird, können Sie feststellen, wie viel Quantencomputer möglicherweise die Verarbeitungsgeschwindigkeit beschleunigen kann.

Natürlich gibt es noch viel mehr als nur das, und Houston-Edwards beschäftigt sich mit der Mathematik, die das Funktionieren all dieser Funktionen ermöglicht, was die Vorstellung von hyperdimensionalen Sphären und allerlei anderen verrückten Dingen erfordert. Es macht sehr viel Spaß, über die Möglichkeiten hier nachzudenken - wir würden nur empfehlen, eine Tasse Kaffee oder drei zu trinken.

Quelle: PBS Infinite Series

Die Mathematik hinter der Natur (Fibonacci) Video.

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