Nedtelling til Q-Day - Del 1 av @apruden08 Kvanteberegning utnytter kvantemekanikk, den mest nøyaktige fysiske teorien som noen gang er skapt av vitenskapen. Siden fysikeren Richard Feynman først foreslo konseptet i 1981, har kvantedatamaskiner beveget seg fra teori til virkelighet, med flere fungerende prototyper tilgjengelig i dag. Deres realisering på de minste skalaer var en teoretisk triumf. Imidlertid er disse førstegenerasjonsmaskinene rudimentære sammenlignet med til og med klassisk maskinvare av forbrukerkvalitet. For at kvantedatamaskiner noen gang skal være relevante, må de skaleres. Selv om vi kaller dem «datamaskiner», skiller kvantedatamaskiner seg fundamentalt fra den klassiske maskinen du bruker til å lese dette. Å forstå kjerneprinsippene i kvantemekanikk, og spesielt hvordan den skiller seg fra våre klassiske forestillinger om beregning, er avgjørende for å forstå den potensielle kraften til en kvantedatamaskin og utfordringene ved å bygge en. Dette innlegget er det første i en serie i fem deler som vil gi en grunnleggende forståelse av kvantedatabehandling, og en metodikk for å estimere tidslinjen for en kryptografisk relevant kvantedatamaskin. Dette grunnlaget vil til slutt gi oss et rammeverk for å realistisk vurdere tidslinjen for Q-Day for å forstå hvor lang tid vi har på oss til å forberede oss. Grunnleggende forskjeller mellom klassisk og kvanteberegning Mens klassiske datamaskiner opererer på relativt enkle logiske konsepter, er kvantedatamaskiner avhengige av prinsipper for kvantemekanikk som utfordrer våre daglige intuisjoner om informasjon. Konsepter som superposisjon, sammenfiltring, interferens og ikke-kloningsteoremet gir kvantedatamaskiner radikalt forskjellige egenskaper sammenlignet med klassiske datamaskiner og dermed forskjellige evner og begrensninger. Her er noen viktige fasetter av kvantemekanikk som iboende definerer en kvantedatamaskin: Superposisjon - I kvantemekanikk opptar ikke partikler bestemte tilstander som klassiske biter. I stedet eksisterer de i en superposisjon, eller en lineær kombinasjon av mulige tilstander, beskrevet av en bølgefunksjon. Denne bølgefunksjonen koder for alle mulige tilstander i systemet den beskriver. Konkret, mens en klassisk bit definitivt representerer enten 0 eller 1, kan en qubit være i en superposisjon av begge samtidig. Utfallet du får ved måling avhenger av en sannsynlighetsfordeling avledet fra bølgefunksjonen. Med andre ord, superposisjon lar en qubit kode et mye rikere rom med tilstander enn en klassisk bit, som er det som gir kvanteberegning sitt eksponentielle potensial. Dette punktet er avgjørende for å forstå en av de store utfordringene ved å bygge en kvantedatamaskin. I klassisk databehandling er måling passiv, ved at leseminnet ikke endrer det. Men i kvantemekanikk kollapser handlingen med å måle et system en superposisjon til en bestemt tilstand. For å få meningsfull fordel fra en kvantedatamaskin, må denne superposisjonen bevares nøye til det rette øyeblikket. - I kvantemekanikk kan partikler være sammenfiltret, noe som betyr at tilstandene deres blir koblet sammen på en slik måte at de må beskrives som et enkelt system. Selv når de er atskilt med store avstander, er måleresultatet til den ene partikkelen korrelert med (eller til og med bestemt av) tilstanden til den andre. Med andre ord er sammenfiltring en spesiell type superposisjon som spenner over flere partikler. Det er en av nøkkelfunksjonene som gjør det mulig for kvantedatamaskiner å skalere eksponentielt, men også en av de mest skjøre å opprettholde over tid og/eller avstand. Interferens – En av de viktigste forskjellene mellom kvante- og klassiske sannsynligheter ligger i begrepet interferens. I klassiske systemer legger sannsynligheter ganske enkelt til (for eksempel gir det 25 % sjanse for hvert utfall å snu to mynter). Men i kvantemekanikk kan amplituder (komponentene i bølgefunksjonen) forstyrre hverandre før måling. Disse amplitudene kan forsterke (konstruktiv interferens) eller oppheve (destruktiv interferens), avhengig av deres relative faser. Kvantedatamaskiner kan utnytte dette fenomenet til å "styre" en beregning mot riktige svar. I stedet for bare å utforske alle baner parallelt, er en kvantealgoritme utformet slik at feil svar forstyrrer destruktivt og opphever, mens ønskelige veier som fører til riktige svar forstyrrer konstruktivt og dominerer det endelige resultatet.  Uten denne evnen til å forsterke riktige utfall og undertrykke feil, ville kvantedatabehandling ikke gi noen fordel i forhold til klassisk randomiserte tilnærminger. No-Cloning-teorem - Fordi avlesning har en direkte innvirkning på systemet, ved at det kollapser superposisjoner til bestemte tilstander, er det umulig å "kopiere" kvantetilstander. Dette er ikke-kloningsteoremet. ...