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Wissenschaftler simulieren Quantencomputer auf einem herkömmlichen Computer

Die Simulation könnte für die Bestimmung des Aufbaus von Quantencomputern von Bedeutung sein.

Wissenschaftler der Universität Linköping haben eine Simulation des Quantencomputers erstellt, die auf einem herkömmlichen Computer verwendet werden kann. Die Simulation zeigt, wie ein Quantencomputer wirklich funktioniert.

Das Forschungsteam glaubt, dass ihre Arbeit zum Fortschritt beitragen wird Quantencomputer - ein Bereich des Supercomputing, der Quanten verwendet -mechanische Phänomene wie Verstrickung und Überlagerung durchzuführen Berechnung.

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Supercomputer neu definieren

Der Quantencomputer soll Realität werden - a Milliarden-Dollar Forschungsaufwand in Schweden ist geplant, innerhalb der nächsten zehn Jahre eine zu veröffentlichen. Die EU hat auch die Quantentechnologie als eines ihrer Vorzeigeprojekte ausgewiesen.

Es wird erwartet, dass die Technologie bei Simulationen von biologischen, chemischen und physikalischen Systemen, die selbst für die leistungsstärksten Supercomputer von heute zu komplex sind, unglaublich wichtig wird.

Es gibt jedoch eine Menge, von denen wir noch nicht wissen, wie Quantencomputer funktionieren werden.

Jetzt Professor Jan-Åke Larsson und sein Doktorand Niklas Johansson von der Abteilung für Informationskodierung am Institut für Elektrotechnik der Universität Linköping haben eine Simulation bereitgestellt, die den Benutzern hilft, die Funktionsweise eines Quantencomputers zu verstehen und zu erklären, warum er leistungsfähiger ist als einklassischer Computer.

"Unsere Ergebnisse sollten für die Bestimmung des Baus von Quantencomputern von großer Bedeutung sein", sagte Professor Jan-Åke Larsson in a Pressemitteilung . Die Ergebnisse des Teams wurden im wissenschaftlichen Journal veröffentlicht. Entropie .

"Wir haben gezeigt, dass der Hauptunterschied darin besteht, dass Quantencomputer für jedes Bit zwei Freiheitsgrade haben. Durch die Simulation eines zusätzlichen Freiheitsgrades in einem klassischen Computer können wir einige der Algorithmen mit der gleichen Geschwindigkeit ausführen, die sie erreichen würdenin einem Quantencomputer ", sagt Jan-Åke Larsson.

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Das Simulationswerkzeug der Forscher heißt Quantensimulationslogik oder QSL . Das System simuliert den Betrieb eines Quantencomputers mit einem guten alten klassischen Computer.

Wie es funktioniert

Ein Bit, die kleinste Dateneinheit in einem Computer, kann nur aufnehmen der Wert eins oder null , aber ein Quantenbit ein Qubit kann alle Werte dazwischen annehmen. Quantencomputer müssen als solche nicht viele Operationen für jede von ihnen ausgeführte Berechnung verarbeiten.

Das Forschertool simuliert dies, indem es berücksichtigt ein zusätzlicher Freiheitsgrad für jedes Bit, das Teil der Verarbeitungsberechnung ist.

"Jedes Bit hat zwei Freiheitsgrade: Es kann mit einem mechanischen System verglichen werden, bei dem jedes Teil zwei Freiheitsgrade hat - Position und Geschwindigkeit. In diesem Fall handelt es sich um Berechnungsbits, die Informationen über das Ergebnis von enthaltendie Funktion und Phasenbits - die Informationen über die Struktur der Funktion enthalten ", erklärt Jan-Åke Larsson.

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Die Wissenschaftler haben bereits QSL verwendet, um einige Quantenalgorithmen zu untersuchen. Einige der in QSL simulierten Algorithmen laufen so schnell wie in einem Quantencomputer, behaupten die Forscher.

Jan-Åke Larsson und seine Mitarbeiter haben eine Simulation für das Quantencomputing erstellt. Quelle : Karl Ofverstrom

"Das Ergebnis zeigt, dass die höhere Geschwindigkeit in Quantencomputern von ihrer Fähigkeit herrührt, Informationen in einem zusätzlichen informationstragenden Freiheitsgrad zu speichern, zu verarbeiten und abzurufen. Dies ermöglicht es uns, die Funktionsweise von Quantencomputern besser zu verstehen. Auch dieses Wissen solltemachen es einfacher, Quantencomputer zu bauen, da wir wissen, welche Eigenschaft für den Quantencomputer am wichtigsten ist, um wie erwartet zu funktionieren ", sagt Jan-Åke Larsson.

Das System ist vielversprechend, um den Schülern zu helfen, die Funktionsweise von Quantencomputern zu verstehen.

Zum Beispiel kann QSL verwendet werden, um die Quantenkryptographie zu verstehen und Quantenteleportation sowie einige Rechenalgorithmen wie Shors Algorithmus zur Faktorisierung.

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Darüber hinaus ist eine funktionierende Simulation ein großartiges Werkzeug für alle Forscher, die nach Möglichkeiten suchen, wie Quantencomputer die Computerlandschaft in Zukunft erheblich verändern werden.

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