หลักการพื้นฐานของการประมวลผลเชิงควอนตัม

เป้าหมายการเรียนรู้

เมื่อจบโมดูลนี้ คุณควรสามารถ:

• แยกแยะการประมวลผลเชิงควอนตัมจากการประมวลผลคลาสสิก

• แยกแยะ Qubit จากบิต

• อธิบายแนวคิดหลักของการประมวลผลเชิงควอนตัม

• รับรู้ความแตกต่างระหว่าง quantum Gate, quantum Circuit และคอมพิวเตอร์ควอนตัม

การประมวลผลเชิงควอนตัมคืออะไร — และไม่ใช่อะไร

การคำนวณควอนตัมสามารถทำได้บนคอมพิวเตอร์คลาสสิกหรือไม่? การประมวลผลเชิงควอนตัมเป็นเพียงรูปแบบหนึ่งของ AI หรือเปล่า? Katie Pizzolato รองประธาน IBM Quantum® Platform ที่ IBM Quantum หักล้างตำนานการประมวลผลเชิงควอนตัมหลายอย่างใน 60 วินาที

วิธีมองปัญหาใหม่

มีแนวคิดหลายอย่างที่เป็นเอกลักษณ์ของการประมวลผลเชิงควอนตัมที่จะช่วยให้คุณเข้าใจการประยุกต์ใช้ที่มีศักยภาพต่อองค์กรหรืออุตสาหกรรมของคุณ ระบบคอมพิวเตอร์ทั้งหมดอาศัยความสามารถพื้นฐานในการจัดเก็บและจัดการข้อมูล คอมพิวเตอร์ทั่วไปจัดเก็บข้อมูลในบิต (ศูนย์และหนึ่ง) และคอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ Qubit (ออกเสียงว่า CUE-bits) คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ประโยชน์จากกฎของกลศาสตร์ควอนตัมที่พบในธรรมชาติ พวกมันแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานจากการประมวลผลข้อมูลแบบดั้งเดิม

นี่คือคำอุปมาเพื่อช่วยให้คุณเข้าใจว่าทำไมการประมวลผลเชิงควอนตัมจึงแตกต่างมากจากการประมวลผลแบบดั้งเดิม ลองพิจารณาศิลปะและเทคนิคของการถ่ายภาพก่อนและหลังการประดิษฐ์ฟิล์มสี

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาภาพถ่ายขาวดำของทุ่งทิวลิปนี้และภาพถ่ายสีของทิวลิปสีแดงและทิวลิปสีเหลืองในทุ่งนี้

ปรากฏการณ์ทางกายภาพของสีมีอยู่ในขณะที่การถ่ายภาพยังจำกัดอยู่กับขาวดำ แต่การถามคำถามว่า "คุณจะสลับสีแดงและสีเหลืองได้ไหม?" จะไม่มีความหมายเลย เช่นเดียวกับความพยายามใดๆ ที่จะทำเช่นนั้น

เมื่อฟิล์มสีถูกประดิษฐ์ขึ้น ตัวเลือกทางศิลปะและเทคนิคที่มีให้สำหรับช่างภาพระเบิดออกมา เนื่องจากตอนนี้พวกเขาสามารถจัดการฟิสิกส์ของสีได้

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีอยู่ตอนนี้เพราะเราเพิ่งค้นพบวิธีควบคุมสิ่งที่อยู่ในโลกมาตลอด: ปรากฏการณ์ควอนตัมของ superposition, entanglement และ interference ส่วนผสมใหม่เหล่านี้ในการประมวลผลขยายขอบเขตของสิ่งที่เป็นไปได้ที่จะออกแบบในอัลกอริทึม คอมพิวเตอร์ควอนตัมเสนอวิธีมองปัญหาใหม่ ซึ่งสามารถเปิดเผยโซลูชันที่จะมองไม่เห็นสำหรับคอมพิวเตอร์คลาสสิก

เช่นเดียวกับที่การถ่ายภาพก่อนยุคฟิล์มสีถูกเปลี่ยนชื่อเป็น "การถ่ายภาพขาวดำ" หลังจากการประดิษฐ์ฟิล์มสี การประมวลผลก่อนยุคควอนตัมต้องการชื่อใหม่ คำที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการประมวลผลก่อนยุคควอนตัมคือ การประมวลผลคลาสสิก คำว่า "คลาสสิก" และ "ควอนตัม" ถูกนำมาขยายคำว่า "การประมวลผล" เพราะนี่คือวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ขยายคำว่า "ฟิสิกส์" อยู่แล้ว เช่น "ฟิสิกส์คลาสสิก" และ "ฟิสิกส์ควอนตัม"

การประมวลผลเชิงควอนตัมแตกต่างจากคลาสสิกอย่างไร

คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันทำการคำนวณและประมวลผลข้อมูลโดยใช้โมเดลการคำนวณแบบคลาสสิก ซึ่งย้อนไปถึงงานของ Alan Turing และ John von Neumann ในโมเดลนี้ ข้อมูลทั้งหมดสามารถลดรูปเป็นบิตที่สามารถมีค่า 0 หรือ 1 ได้ และการประมวลผลทั้งหมดสามารถทำได้ผ่าน logic gates อย่างง่าย (AND, OR, NOT, NAND) ที่กระทำต่อบิตหนึ่งหรือสองบิตในแต่ละครั้ง ในจุดใดก็ตามของการคำนวณ สถานะของคอมพิวเตอร์คลาสสิกถูกกำหนดอย่างสมบูรณ์โดยสถานะของบิตทั้งหมด ทำให้คอมพิวเตอร์ที่มี n บิตสามารถอยู่ในสถานะหนึ่งจาก $2^n$ สถานะที่เป็นไปได้ ตั้งแต่ 00...0 (ลำดับของ n ศูนย์) ถึง 11...1 (ลำดับของ n หนึ่ง)

ในขณะเดียวกัน พลังของโมเดลการคำนวณควอนตัมอยู่ที่คลังสถานะที่หลากหลายกว่ามาก คอมพิวเตอร์ควอนตัมก็มีบิตเช่นกัน แต่แทนที่จะเป็น 0 และ 1 บิตควอนตัมหรือ Qubit สามารถแสดง 0, 1 หรือการรวมกันของทั้งสอง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่รู้จักกันในชื่อ superposition สิ่งนี้เพียงอย่างเดียวไม่ใช่สิ่งพิเศษ เนื่องจากคอมพิวเตอร์ที่มีบิตระหว่าง 0 และ 1 เป็นเพียงคอมพิวเตอร์แอนะล็อก ซึ่งทรงพลังกว่าคอมพิวเตอร์ดิจิทัลทั่วไปเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ประโยชน์จาก superposition ประเภทพิเศษที่ช่วยให้มีสถานะตรรกะจำนวนมากแบบยกกำลังพร้อมกัน นี่เป็นความสำเร็จที่ทรงพลัง และไม่มีคอมพิวเตอร์คลาสสิกใดสามารถทำได้ superposition ควอนตัมส่วนใหญ่ และที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการคำนวณควอนตัม เป็น entangled — มันเป็นสถานะของคอมพิวเตอร์ทั้งหมดที่ไม่สอดคล้องกับการกำหนดสถานะดิจิทัลหรือแอนะล็อกของ Qubit แต่ละตัว

คนหนึ่งอาจคิดว่าความยากในการทำความเข้าใจการประมวลผลเชิงควอนตัมอยู่ที่คณิตศาสตร์ที่ยาก แต่ในทางคณิตศาสตร์ แนวคิดควอนตัมซับซ้อนกว่าพีชคณิตระดับมัธยมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ฟิสิกส์ควอนตัมยากเพราะต้องการการทำให้เป็นธรรมชาติกับแนวคิดที่เรียบง่ายแต่ขัดกับสัญชาตญาณ

เพื่อให้เข้าใจแนวคิดหลักของการประมวลผลเชิงควอนตัมได้ดีขึ้นในการสนทนา ดูวิดีโอนี้จาก Talia Gershon ผู้อำนวยการ Hybrid Cloud Infrastructure ที่ IBM Research® Gershon อธิบายการประมวลผลเชิงควอนตัมในห้าระดับ — ให้เด็ก วัยรุ่น นักศึกษาปริญญาตรี นักศึกษาปริญญาโท และมืออาชีพ สำหรับนิตยสาร WIRED กรุณาดูจนถึงนาทีที่ 06:17 แต่สามารถดูทั้งหมดได้ตามต้องการ

ทดสอบความเข้าใจ

จริงหรือเท็จ: เฉพาะผู้ที่มีวุฒิขั้นสูงด้านคณิตศาสตร์และฟิสิกส์เท่านั้นที่สามารถเข้าใจแนวคิดการประมวลผลเชิงควอนตัมได้

คำตอบ

เท็จ เนื่องจากซับซ้อนกว่าพีชคณิตระดับมัธยมเพียงเล็กน้อย แนวคิดควอนตัมสามารถเข้าถึงได้มากกว่าที่คนคิด ความยากของมันอยู่ที่ธรรมชาติที่ขัดกับสัญชาตญาณ

หลักการของข้อมูลควอนตัม

Qubit

ในวิดีโอต่อไปนี้ ผู้อำนวยการวิจัยที่ IBM Darío Gil เปรียบเทียบหน่วยหลักของข้อมูลคลาสสิก (บิต) กับหน่วยหลักของข้อมูลควอนตัม (Qubit) เขานำทางคุณให้นึกภาพหลักสามประการของการประมวลผลเชิงควอนตัม: superposition, entanglement และ interference ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ สามารถพัฒนาอัลกอริทึมควอนตัมที่สามารถแก้ปัญหาทางธุรกิจที่อาจอยู่นอกเหนือขีดความสามารถของแม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกได้

Superposition

Superposition คือผลบวกหรือผลลบแบบถ่วงน้ำหนักของสถานะสองสถานะขึ้นไป การผสมผสานของสถานะนี้มักเป็นเรื่องยากสำหรับคนที่จะนึกภาพ (เหมือนเหรียญที่โยนอยู่ในการผสมผสานระหว่างหัวและก้อยพร้อมกัน) แต่มีกรณีที่ง่ายกว่าให้นึกภาพ — ตัวอย่างเช่น เมื่อคอร์ดของโน้ตดนตรีหลายโน้ตถูกบรรเลงบนกีต้าร์ การสั่นของอากาศไม่ได้สอดคล้องกับโน้ตเพียงตัวเดียว แต่สอดคล้องกับทุกโน้ตในคอร์ด อากาศสั่นด้วยการรวมกันของความถี่ที่สอดคล้องกับโน้ตทั้งหมดในคอร์ด "ผลบวกหรือผลลบแบบถ่วงน้ำหนัก" หมายความว่าบางส่วนของ superposition แสดงออกมากหรือน้อยกว่า เช่น เมื่อไวโอลินบรรเลงดังกว่าเครื่องดนตรีอื่นๆ ในวงเครื่องสายสี่ชิ้น (string quartet) Superposition ธรรมดาหรือแบบคลาสสิกพบเห็นได้บ่อยในปรากฏการณ์มหภาคที่เกี่ยวข้องกับคลื่น ดังนั้น superposition อาจเป็นแนวคิดที่คุ้นเคย

สิ่งที่แปลกประหลาดและเฉพาะเจาะจงสำหรับโลกควอนตัมคือ เมื่อวัดระบบใน superposition ของสถานะ ระบบจะยุบตัวลงเหลือสถานะบริสุทธิ์เพียงสถานะเดียว ภาพอุปมาดนตรีจะเป็นการบรรเลงคอร์ดหลายโน้ต ปล่อยให้คอร์ดนั้นแพร่กระจายผ่านอากาศมาถึงหู แต่ได้ยิน (วัด) เพียงโน้ตเดียวจากหลายโน้ตที่บรรเลง ไม่มีสิ่งใดเช่นนี้อยู่ในโลกมหภาค

Superposition ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมแตกต่างจากคอมพิวเตอร์คลาสสิกอย่างไร?

ระบบ n Qubit สามารถวัดได้ในสถานะหนึ่งจาก $2^n$ สถานะที่เป็นไปได้ สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับบิตคอมพิวเตอร์คลาสสิก หรือแม้แต่สำหรับการรวบรวม n ผลลัพธ์ไบนารีใดๆ เพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ ลองพิจารณาผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดของการโยนเหรียญ n เหรียญที่แตกต่างกัน แต่ละเหรียญมีสองด้านที่เราจะเรียกว่า "หัว" (H) และ "ก้อย" (T) ตามลำดับ

ถ้าเราโยนเหรียญหนึ่งเหรียญ มีสถานะที่เป็นไปได้สองสถานะ: H หรือ T

ถ้าเราโยนสองเหรียญ มีสถานะที่เป็นไปได้สี่สถานะ: HH, HT, TH และ TT

สำหรับสามเหรียญ เราพบแปดสถานะ: HHH, HHT, HTH, HTT, THH, THT, TTH, TTT

แนวโน้มยังคงดำเนินต่อไปเช่นนี้ ทุกครั้งที่เราเพิ่มเหรียญอีกเหรียญ จำนวนผลลัพธ์ที่เป็นไปได้จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ดังนั้นจำนวนผลลัพธ์สำหรับระบบที่มีตัวแปรไบนารี n ตัวคือ $2^n$

ถ้านี่เป็นจริงสำหรับทั้งคอมพิวเตอร์คลาสสิกและควอนตัม แล้วอะไรที่ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมพิเศษ? คำตอบคือ superposition คอมพิวเตอร์ทั้งคลาสสิกและควอนตัมสามารถเข้าถึงพื้นที่ $2^n$ สถานะที่เป็นไปได้ แต่คอมพิวเตอร์คลาสสิกสามารถอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งในแต่ละครั้งเท่านั้น ในขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถอยู่ใน superposition ของ__ทุก__สถานะเหล่านี้พร้อมกัน

เพื่อให้ชัดเจนกว่านี้เล็กน้อย สมมติว่าคุณกำลังค้นหาต้นทุนต่ำสุด C ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางอุตสาหกรรมบางอย่าง กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับตัวแปร input หลายตัว ซึ่งเราจะแสดงเป็น $x_i$ สำหรับตอนนี้เราจะถือว่าตัวแปรเหล่านี้เป็นไบนารี แม้ว่าเราจะสามารถทำให้เป็นทั่วไปได้ บนคอมพิวเตอร์คลาสสิก คุณจะต้องคำนวณต้นทุน $C(x_i)$ สำหรับการเลือก $x_i$ ที่เป็นไปได้แต่ละอย่าง นั่นคือคุณต้องใส่ค่า 0000...00, 000...01, 000...10 และต่อไปเรื่อยๆ ครอบคลุม input ที่เป็นไปได้ทั้งหมด คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถอยู่ใน superposition ของสถานะทั้งหมดเหล่านี้ ทำให้การดำเนินการสามารถทำกับสถานะ input ที่เป็นไปได้ทั้งหมดพร้อมกัน

ถ้าฟังดูดีเกินจริง ก็มีความซับซ้อนอยู่: จำไว้ว่าเมื่อวัดระบบควอนตัม เราสามารถได้ผลลัพธ์เพียงหนึ่งผลเท่านั้น ไม่ใช่ผลลัพธ์ทั้งหมดจากทั้งพื้นที่ ดังนั้นงานจึงกลายเป็นการเขียนอัลกอริทึมที่ทำให้โซลูชันที่ดีที่สุด (เช่น ต้นทุนต่ำสุดและการตอบสนองเร็วที่สุด) เป็นสิ่งที่จะถูกวัดในที่สุด กล่าวอีกนัยหนึ่ง คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่คืนโซลูชันที่เป็นไปได้ทั้งหมด แต่ตรวจสอบพื้นที่ของโซลูชันมากมายพร้อมกันและ (ถ้าอัลกอริทึมทำงาน) คืนโซลูชันที่ดีที่สุดด้วยความน่าจะเป็นสูง สำหรับปัญหาที่มีพื้นที่โซลูชันขนาดใหญ่มากหรือขั้นตอนที่มีค่าใช้จ่ายในการคำนวณสูง ความแตกต่างนี้อาจเป็นเกมเชนเจอร์

ความน่าจะเป็นแบบคลาสสิกเทียบกับควอนตัม?

สถานะควอนตัมใดที่วัดได้ที่ท้ายของการคำนวณ มีลักษณะน่าจะเป็น น้ำหนักที่อธิบายไว้ข้างต้นสอดคล้องกับความน่าจะเป็นของการวัดสถานะต่างๆ บันทึกทางเทคนิค: แม้ความน่าจะเป็นต้องเป็นบวก (หรือศูนย์) แต่น้ำหนักใน superposition สามารถเป็นบวก ลบ หรือแม้แต่จำนวนเชิงซ้อน ความน่าจะเป็นคือค่าสัมบูรณ์ของน้ำหนักยกกำลังสอง: $P_i = |w_i|^2$ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าคำว่า ความน่าจะเป็น บางครั้งใช้เพื่อหมายถึงสิ่งต่างๆ ในบริบทคลาสสิกและควอนตัม ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณโยนเหรียญ n เหรียญแล้ว แต่ยังไม่ดูผลลัพธ์ เท่าที่คุณรู้ แต่ละเหรียญอาจเป็นหัวหรือก้อย คุณอาจเรียกนี้ว่าการผสมผสานความน่าจะเป็นของ $2^n$ สถานะ แต่ชุดเหรียญนั้นจริงๆ อยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งเท่านั้น — เราแค่ไม่รู้ว่าสถานะไหน นี่ไม่ใช่กรณีสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถเก็บข้อมูลที่สอดคล้องกับ superposition ของ $2^n$ สถานะตรรกะที่แตกต่างกัน พร้อมกัน ด้วยเหตุนี้ superposition ควอนตัมจึงทรงพลังกว่า probabilism แบบคลาสสิก คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถเก็บข้อมูลใน superposition สามารถแก้ปัญหาบางอย่างได้เร็วกว่าอัลกอริทึมคลาสสิกที่รู้จักอย่างยกกำลัง

เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติม ดูวิดีโอ IBM Research บน YouTube เกี่ยวกับความสุ่มแบบคลาสสิกและควอนตัม

Entanglement

ลองนึกถึงเพื่อนสองคนที่มีผ้าคลุมบางๆ บางเบาสองผืนที่แทบโปร่งใส ผ้าคลุมผืนหนึ่งเป็นสีแดง และอีกผืนเป็นสีน้ำเงิน เมื่อเพื่อนทั้งสองวางผ้าคลุมทับกัน พวกมันดูเป็นสีม่วงด้วยกัน ถ้าเพื่อนทั้งสองยืดผ้าคลุมสองผืนระหว่างพวกเขา สถานะของเพื่อนทั้งสองที่ถือสิ่งที่เป็นสีม่วงนั้นชัดเจน แม้ว่าถ้าแยกออก ไม่ทราบว่าเพื่อนคนใดจะถือผ้าคลุมสีน้ำเงินและคนใดจะถือสีแดง ควอนตัม entanglement ก็เป็นแบบนี้ สถานะของระบบทั้งหมดมีคุณสมบัติที่ทราบอยู่ (เหมือนสีรวมของผ้าคลุมสองผืน) แต่ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นไม่มีคุณสมบัติที่กำหนดชัดเจน (เหมือนเพื่อนแต่ละคนที่ไม่มีคนใดถือผ้าคลุมที่มีสีที่กำหนดชัดเจน) คำอุปมานี้ไม่สมบูรณ์แบบเนื่องจากเพื่อนแต่ละคนสามารถตัดสินใจล่วงหน้าที่จะถือผ้าคลุมหนึ่งผืนแน่นกว่าหรือปล่อยผ้าคลุมหนึ่งผืนหรืออีกผืนเมื่อเพื่อนทั้งสองแยกออกจากกัน ในระบบควอนตัม คุณสมบัติของส่วนต่างๆ ไม่ถูกกำหนดอย่างแท้จริงจนกว่าจะมีการวัด

Interference

Interference คือคุณสมบัติของระบบควอนตัมที่สถานะที่มีเฟสตรงข้ามอาจขยายหรือหักล้างกัน วิธีหนึ่งในการนึกภาพ interference คือคิดถึงวิธีการทำงานของเลนส์โพลาไรซ์ในแว่นกันแดด ถ้าคุณวางเลนส์โพลาไรซ์สองอันทับกันและเริ่มหมุนอันหนึ่ง คุณจะสังเกตเห็น constructive และ deconstructive interference เมื่อแสงถูกปิดกั้นมากหรือน้อย

สำหรับความเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับวิธีการทำงานของ interference ดูวิดีโอนี้จากนาทีที่ 7:40 ถึง 8:24

ทดสอบความเข้าใจ

ฟิสิกส์ควอนตัมมีแนวคิดบางอย่างที่ขัดกับสัญชาตญาณ เช่น:

(a) ระบบทางกายภาพในสถานะที่กำหนดชัดเจนยังสามารถมีพฤติกรรมแบบสุ่มได้

(b) ระบบสองระบบที่อยู่ห่างกันเกินกว่าจะมีอิทธิพลต่อกันได้ กลับมีความสัมพันธ์กันอย่างมากในบางลักษณะ

(c) เป็นไปได้ที่จะมีสถานะในระบบควอนตัมที่ไม่สามารถอธิบายได้ว่าเป็นผลคูณขององค์ประกอบอิสระของ qubit ที่ประกอบขึ้นเป็นสถานะนั้น

(d) ทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น

คำตอบ

คำตอบที่ถูกต้องคือ "ทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น" แนวคิดแรกเกี่ยวข้องกับธรรมชาติเชิงความน่าจะเป็นของ qubit สองแนวคิดหลังเกิดขึ้นในระบบที่พันกัน

quantum circuit

มูลค่าทางธุรกิจของ quantum circuits

Quantum Circuit แสดงถึงชุดคำสั่งที่ช่วยให้เราจัดการ Qubit เพื่อใช้ประโยชน์จาก superposition, entanglement และ interference ในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อน ดูวิดีโอด้านล่างเพื่อดูว่า Circuit คลาสสิกและควอนตัมเปรียบเทียบกันอย่างไร และ quantum Circuit สามารถนำมูลค่าให้ธุรกิจของคุณได้อย่างไร

ทดสอบความเข้าใจ

จริงหรือเท็จ: Quantum Circuit ไม่ใช่อุปกรณ์ทางกายภาพ

คำตอบ

จริง Quantum Circuit คือการแสดงแทนนามธรรมของชุดคำสั่งที่ประกอบขึ้นเป็นอัลกอริทึมควอนตัม เราสามารถใช้เครื่องมือภาพอย่าง IBM Quantum Composer หรือชุดเครื่องมือพัฒนาซอฟต์แวร์ (SDK) อย่าง Qiskit ในการสร้าง quantum Circuit

การเขียนโปรแกรม quantum circuit

คุณต้องการอะไรในการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ควอนตัม? คำตอบคือ Qiskit! เรียนรู้วิธีออกเสียงคำนี้และอื่นๆ อีกมากในวิดีโอด้านล่าง

สรุปสาระสำคัญ

สาระสำคัญที่ควรจดจำ:

• ยังมีปัญหาการคำนวณที่ยากที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถแก้ได้

• คอมพิวเตอร์ควอนตัมขยายขอบเขตของสิ่งที่เป็นไปได้ที่จะออกแบบในอัลกอริทึม

• Qubit คือหน่วยข้อมูลควอนตัมพื้นฐาน

• Quantum superposition สามารถมีสถานะมากกว่า classical superposition อย่างยกกำลัง

• Quantum superposition ทรงพลังกว่า classical probabilism แต่อ่อนกว่า exponential parallelism

• ในสถานะที่ entangled ระบบทั้งหมดอยู่ในสถานะที่กำหนดชัดเจนแม้ว่าส่วนต่างๆ จะไม่เป็นเช่นนั้น