Квантовые вычисления - это развивающаяся область, которая может переопределить верхний эшелон технологических достижений. Вы студент и хотите сделать увлекательную карьеру в такой огромной области обучения? В этом посте я научу вас основам, необходимым для освоения квантовых вычислений, мы расскажем о необходимых концепциях квантовой механики, таких как квантовые состояния и суперпозиция.

Корпоративно-волновой дуализм и суперпозиция канонически являются отправными точками хорошего введения в квантовую механику. Начнем с того, что означает слово квант. Квант - это разрешенная или дискретная сумма. Например, если безалкогольный напиток стоит 5 долларов, а у вас есть 24 доллара, количество безалкогольных напитков (множественное число), которые вы можете купить, равно 4. Поскольку оставшихся 4 долларов недостаточно, чтобы купить полный напиток, не имеет значения, что у вас есть денег на покупку 4/5 напитка, ни один магазин не продаст вам 4/5 напитка за 4/5 цены. Это простая идея, с которой все знакомы. Однако когда все становится рискованно, мы подразумеваем под квантовой механикой, какое отношение покупка газированных напитков имеет к электронам?

Электроны и другие мелкие частицы, кажется, действуют как частицы (маленькие сферы с массой, которая может ударить предметы) и как волны. Волновая часть - интересный момент, потому что это означает, что частицы могут делать такие вещи, как интерференция и дифракция, как световые волны!

Волны интерферируют, это принцип суперпозиции. На Gif выше зеленая волна - это сумма красной и синей волн, когда красная и синяя волны полностью перекрываются, зеленый цвет является максимальным. То есть зеленая волна имеет самые высокие пики, и когда красный и зеленый совершенно не синхронизированы в течение минуты, они прибавляются к нулю, а зеленая волна представляет собой ровную линию. Это важно для дуальности частица-волна, потому что такое поведение может быть принято частицами. Частицу можно выразить как сумму нескольких волн! Эта волна, которая представляет частицу, известна как волновая функция, волновая функция представляет свойства частицы, например, положение. В квантовой механике мы не говорим, что точно знаем местоположение электрона, мы говорим, что электрон находится в суперпозиции некоторых допустимых положений. То есть другие составляющие волны составляют волновую функцию электрона.

Например, если бы мы изобразили подбрасывание монеты волновой функцией, как бы это выглядело? Допустим, мы подбрасываем монету и накрываем ее, не глядя на монету, мы можем предположить, что примерно в половине случаев она выпадет орлом или решкой. Волновая функция могла бы сказать, что монета находится в суперпозиции орла половину времени и решку половину времени. Квантовое состояние закрытой монеты выглядело бы так…

Допустимые состояния орла и решки представляют состояние, в котором мы находим монету после подбрасывания. Формально они записываются в специальных скобках, известных физикам как скобки. Допустимые или недопустимые состояния описывают еще одну важную часть квантовой механики, называемую квантованием. Помните наш пример с покупкой газированных напитков? Когда у нас есть 24 доллара, после сделки с продавцом газированных напитков у нас может быть следующее: мы покупаем 1 газировку, 2 бутылки содовой, 3 бутылки содовой или 4 бутылки содовой. Эти возможные результаты транзакции зависят от того, сколько у нас денег, если бы у нас были вероятности того, насколько вероятно, что кто-то купит определенное количество газировки, тогда мы даже могли бы написать волновую функцию, чтобы представить покупку газированных напитков! Это связано с тем, что до завершения транзакции мы знаем, что результатом будет 1 из 4 состояний, которые возможны с учетом нашего ограничения на деньги и цену газировки.

Где a, b, c и d - вероятности каждой транзакции с газировкой. Чтобы собрать все воедино…

В квантовой механике частицы имеют волнообразное поведение и могут находиться в состоянии суперпозиции других состояний. Эти квантовые состояния представлены вероятностным распределением вероятности увидеть определенное состояние. Ограничения квантовой системы (например, деньги, которые можно потратить и цена на газировку) приводят к квантованию и описывают допустимые квантовые состояния нашей системы.

Этот пост представляет собой введение в другие статьи о квантовых вычислениях. Следите за новостями! Пожалуйста, подписывайтесь на меня на Medium, чтобы читать то, что я пишу, подписывайтесь на меня в Linkedin, чтобы предложить мне работу, подписывайтесь на меня на Github, чтобы увидеть код, который я пишу, и подписывайтесь на меня на Quora, чтобы задать мне несколько вопросов. !