Nedräkning till Q-dagen - Del 1 av @apruden08 Kvantberäkning utnyttjar kvantmekanik, den mest exakta fysiska teori som någonsin skapats av vetenskapen. Sedan fysikern Richard Feynman först föreslog konceptet 1981 har kvantdatorer gått från teori till verklighet, med flera fungerande prototyper tillgängliga idag. Deras förverkligande i de minsta skalorna var en teoretisk triumf. Dessa första generationens maskiner är dock rudimentära jämfört med till och med klassisk hårdvara av konsumentklass. För att kvantdatorer någonsin ska vara relevanta måste de skalas. Även om vi kallar dem "datorer" skiljer sig kvantdatorer fundamentalt från den klassiska maskin du använder för att läsa detta. Att förstå kvantmekanikens grundläggande principer, och i synnerhet hur den skiljer sig från våra klassiska föreställningar om beräkning, är avgörande för att förstå den potentiella kraften hos en kvantdator och utmaningarna med att bygga en. Det här inlägget är det första i en serie i fem delar som ger en grundläggande förståelse för kvantberäkning och en metod för att uppskatta tidslinjen för en kryptografiskt relevant kvantdator. Denna grund kommer i slutändan att ge oss ett ramverk för att realistiskt bedöma tidslinjen för Q-Day för att förstå hur lång tid vi har på oss att förbereda oss. Grundläggande skillnader mellan klassisk databehandling och kvantberäkning Medan klassiska datorer arbetar med relativt enkla logiska begrepp, förlitar sig kvantdatorer på kvantmekanikens principer som utmanar våra vardagliga intuitioner om information. Begrepp som superposition, sammanflätning, interferens och no-cloning-satsen ger kvantdatorer radikalt olika egenskaper jämfört med klassiska datorer och därmed olika möjligheter och begränsningar. Här är några viktiga aspekter av kvantmekaniken som i sig definierar en kvantdator: Superposition - Inom kvantmekaniken upptar partiklar inte bestämda tillstånd som klassiska bitar. Istället existerar de i en superposition, eller en linjär kombination av möjliga tillstånd, som beskrivs av en vågfunktion. Denna vågfunktion kodar alla möjliga tillstånd i systemet som den beskriver. Rent konkret, medan en klassisk bit definitivt representerar antingen 0 eller 1, kan en kvantbit vara i en superposition av båda samtidigt. Resultatet du får vid mätning beror på en sannolikhetsfördelning som härleds från vågfunktionen. Med andra ord gör superposition att en kvantbit kan koda ett mycket rikare utrymme av tillstånd än en klassisk bit, vilket är det som ger kvantberäkning dess exponentiella potential. Denna punkt är avgörande för att förstå en av de stora utmaningarna med att bygga en kvantdator. I klassisk databehandling är mätningen passiv, på så sätt att läsningen av minnet inte förändrar det. Men inom kvantmekaniken kollapsar handlingen att mäta ett system en superposition till ett bestämt tillstånd. För att få en meningsfull fördel av en kvantdator måste den superpositionen bevaras noggrant tills rätt ögonblick. Sammanflätning - Inom kvantmekaniken kan partiklar vara sammanflätade, vilket innebär att deras tillstånd kopplas samman på ett sådant sätt att de måste beskrivas som ett enda system. Även när de är åtskilda av stora avstånd är mätresultatet för en partikel korrelerat med (eller till och med bestämt av) tillståndet för den andra. Med andra ord är sammanflätning en speciell typ av superposition som sträcker sig över flera partiklar. Det är en av de viktigaste funktionerna som gör det möjligt för kvantdatorer att skala exponentiellt, men också en av de mest ömtåliga att underhålla över tid och/eller avstånd. Interferens – En av de viktigaste skillnaderna mellan kvantsannolikheter och klassiska sannolikheter ligger i begreppet interferens. I klassiska system adderas sannolikheter helt enkelt (till exempel, att singla två mynt ger 25 % chans för varje resultat). Men inom kvantmekaniken kan amplituder (komponenterna i vågfunktionen) interferera med varandra innan de mäts. Dessa amplituder kan förstärka (konstruktiv interferens) eller upphäva (destruktiv interferens), beroende på deras relativa faser. Kvantdatorer kan utnyttja detta fenomen för att "styra" en beräkning mot korrekta svar. I stället för att bara utforska alla sökvägar parallellt är en kvantalgoritm utformad så att felaktiga svar stör destruktivt och tar ut varandra, medan önskvärda sökvägar som leder till rätt svar stör konstruktivt och dominerar slutresultatet.  Utan den här möjligheten att förstärka korrekta resultat och undertrycka felaktiga skulle kvantberäkning inte erbjuda någon fördel jämfört med klassiskt slumpmässiga metoder. No-Cloning Theorem - Eftersom avläsning har en direkt inverkan på systemet, genom att det kollapsar superpositioner till bestämda tillstånd, är det omöjligt att "kopiera" kvanttillstånd. Detta är satsen om icke-kloning. ...