Quantum Computing Fundamentals

คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกเก็บข้อมูลในรูปแบบบิตที่มีค่าเป็น 0 หรือ 1

คิวบิต หรือบิตควอนตัม สามารถดำรงอยู่ในสภาวะซ้อนทับของทั้งสองสถานะพร้อมกันจนกว่าจะถูกวัด ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถสำรวจคำตอบที่เป็นไปได้หลายแบบพร้อมกัน

การพัวพันควอนตัมเป็นทรัพยากรหลักอีกประการหนึ่ง คิวบิตสองตัวที่พัวพันกันแบ่งปันสถานะควอนตัมที่สัมพันธ์กัน ดังนั้นการวัดตัวหนึ่งจะกำหนดสถานะของอีกตัวทันที ไม่ว่าจะอยู่ห่างกันเพียงใด

อัลกอริทึมควอนตัมใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์นี้เพื่อให้ได้การเร่งความเร็วอย่างมากบนปัญหาเฉพาะ

อัลกอริทึม Shor สามารถแยกตัวประกอบจำนวนเต็มขนาดใหญ่ได้เร็วกว่าอัลกอริทึมแบบคลาสสิกที่รู้จักอย่างทวีคูณ ซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อการเข้ารหัส RSA ในปัจจุบันหากสร้างเครื่องควอนตัมขนาดใหญ่พอได้

อัลกอริทึม Grover ให้การเร่งความเร็วเชิงกำลังสองสำหรับปัญหาการค้นหาแบบไม่มีโครงสร้าง

ความท้าทายทางวิศวกรรมหลักคือการสูญเสียความเป็นควอนตัม คิวบิตมีความไวต่อสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อมอย่างมาก ทำให้สูญเสียสถานะควอนตัม

การแก้ไขข้อผิดพลาดต้องใช้คิวบิตทางกายภาพจำนวนมากต่อหนึ่งคิวบิตเชิงตรรกะ ทำให้การประมวลผลควอนตัมที่ทนต่อความผิดพลาดเป็นเป้าหมายระยะยาว

อุปกรณ์ยุค NISQ ในปัจจุบันมีคิวบิตที่มีสัญญาณรบกวนหลักสิบถึงหลักร้อยตัว และเหมาะที่สุดสำหรับการจำลองควอนตัมและอัลกอริทึมการเพิ่มประสิทธิภาพแบบแปรผัน