将来の量子コンピューターは、2進数、3進数、または4進数の数値システムを使用しますか？

現在のコンピュータはビットを使用しているため、2進数システムを使用しています。しかし、将来の量子コンピュータは単純なビットの代わりにキュービットを使用すると聞いています。

「qubit」という言葉には「bi」という言葉があるので、私は最初に、これは量子コンピュータがバイナリ（base 2）を使用することを意味すると考えました。

しかし、その後、キュービットには3つの可能な状態があると聞きました。0、1、または0と1の重ね合わせです。そのため、これは3値（ベース3）を使用することを意味しているに違いないと考えました。

しかし、1キュビットで2ビットと同じだけの情報を保持できることがわかりました。だから、おそらくこれは彼らが第四級（ベース4）を使うことを意味していると思いました。

それでは、将来の量子コンピュータが使用する数値システムは、2進数、3進数、または4進数ですか？

他の答えはいいですが、質問に対処するものはありません：量子コンピューターはどのような数値ベースを使用するのでしょうか？私は2つの部分で回答します。1つ目は少し微妙な質問です。2つ目は任意の数値ベースを使用でき、その後、クトリットまたは一般的にクディットを使用して、質的に新しい直観につながります。とにかく、私は彼らがそうするケースを作るようにしようとします。

量子ビットは単なるや1ではなく、それよりも少し複雑です。たとえば、量子ビットは状態$0$$1$。測定すると、確率1で結果0を測定します$\sqrt{\frac{1}{4}}|0\rangle+\sqrt{\frac{3}{4}}|1\rangle$$0$および結果1確率で$\frac{1}{4}$$1$。あなたが話していた「重ね合わせ」は$\frac{3}{4}$が、一般に複素数の任意の対とBは限り、尽くす2+B2=1。キュービットが3つある場合は、絡み合わせることができ、状態は$\sqrt{\frac{1}{2}}|0\rangle+\sqrt{\frac{1}{2}}|1\rangle$$a$$b$$a^2+b^2=1$

$$a_0|000\rangle + a_1|001\rangle+a_2|010\rangle+a_3|011\rangle+a_4|100\rangle +a_5|101\rangle+a_6|110\rangle +a_7|111\rangle$$

しかし、この3キュービットシステムを測定すると、測定結果はこれらの8つの状態のうちの1つ、つまり3ビットになります。これは、本当に奇妙な二分法であり、一方では量子システムがこの指数状態空間を持っているように見えますが、他方では、状態空間の対数部分しか「取得」できないようです。「デモクリトス以降の量子コンピューティング」では、スコットアーロンソンがいくつかの複雑さのクラスを照合してこの質問を調査し、この指数状態空間をどれだけ計算に利用できるかを試して理解しています。

そうは言っても、上記の答えには明らかな不満があります。すべての表記はバイナリです。量子ビットは、の重ね合わせである2台の状態、および3つの量子ビットは、の重ね合わせであるため、彼らは、そのあまり変わりません交絡ベースの状態。通常はunsigned intを数値と見なし、後付けとして32ビット文字列として実装されていることを覚えているだけなので、これは正当な不満です。$2^3$$\texttt{unsigned int}$

qutritを入力します。これはベクトルです。つまり、2つではなく3つの基本状態で構成されています。このベクトルを3 × 3の行列で操作します。量子計算で行われるすべての通常の操作はそれほど変化しません。これは、クトリットで表現されるすべての操作がクジットで表現できるため、実際には構文糖衣です。しかし、いくつかの問題は、絡み合ったキュービットではなくキューディットとして表現すると、書き留めたり、考えたりすることがはるかに容易になります。たとえば、関数f ：{ 0 、… 、k n − 1のオラクルが与えられた場合、Deutsch-Josza問題の変種が尋ねられる場合があります。$\mathbb{C}^3$$3\times 3$、この関数は定数であるか、バランスが取れていますか？この関数は、当然、1つの k -quditレジスタを入力として受け取ります。それを解決するには、次のようにフーリエ変換をこの k quditに適用する必要があります（これが頭を越えても心配いりません。これは単に説明のためです）。$f\colon \{0,\ldots, kn-1\}\rightarrow \{0,\ldots, k-1\}$$k$$k$

$$|a\rangle \mapsto \sum_{u=0}^{k-1}e^{i2\pi\frac{au}{k}}|u\rangle$$

$0\ldots k-1$$\geq k$$r$$r=2$$r=5$$5$$5$$2$

$n$

量子コンピュータはバイナリを使用します。しかし、実際には、これは単純化されており、量子物理学や量子計算の数学に入らない量子アルゴリズムがどのように機能するかという単純な答えはありません。この主題領域を理解するための最良の方法は、量子計算の研究から始めることです。すばらしい教科書やチュートリアルがたくさんあります。

キュービットには3つの可能な状態があると言った人は誰でも間違っていました。これは量子力学の仕組みとはかなり異なります。ある意味で無限に多くの可能な状態があります...しかし、実際のストーリーを学ぶために量子計算について読んでください。

$0$$1$

量子コンピューティングはqビットを使用します（量子ビットを表すと思います）。Qbitsは、「重ねられた」ビット、つまり、理論的には（現在の知識の状態によれば）数ビットを同じ場所に保持できるエンティティは、無限のビット数を許可します。

$2^n$

そのため、物理的性質が異なるものの、バイナリシステムにとどまります。

ただし、DWのアドバイスに従い、本やチュートリアルを確認することを強くお勧めします。

$(a\ \ b)^T$$\mathbb C^2$

ただし、上記は、既存の量子コンピュータで実際に何かをプログラムしたい場合に必要となるフォールトタウラント量子計算にはあまり役立ちません。そのモデルでは、（上記の意味で）任意のキュービットを準備することはできませんが、任意のキュービット状態は任意の精度で近似できます。したがって、1つのキュービットでも、無限に多くの状態が存在しますが、それらは非常に多くなります（他の場合と比較して）。

$|0 \rangle$$|1\rangle$$\mathbb C^2.$

量子粒子には4つの状態があります。彼らは上下に回転し、右利きまたは左利きになることができます。もつれている粒子を測定している場合、それらを測定すると、それらは4つの状態のいくつかの組み合わせになります。なんらかの消しゴムをどのように予測または使用できるかを考えれば、バイナリではなくクォータナリを使用することをお勧めします。現在のところ、バイナリが使用されていますが、将来的にはバイナリの代わりに別のものが使用される可能性があります。量子コンピューターは、50年代の古典的なコンピューターのようなもので、巨大で高価であり、実用的ではありません。実際、現時点ではそれらはほとんど役に立ちません。私たちはまだデコヒーレンスに苦労しています。コヒーレンスを維持できる（ロバストな）トポロジカル量子粒子を特定し、その日が来たら、注目してください。ロケットのように離陸する革命。正直に言うと、特異点が発生したとき（約30年後）、すべての賭けがオフになっているときに、Qコンピューターが将来どのようになるかを確実に伝えることはできません。その時点を過ぎると何が起こるか誰にもわかりません。コンピューターは、私たちが夢にも思わなかった方向に飛び立つ可能性があります。