Orts- und Datumscodierungen zur Stärkung der Quantendatenverarbeitung
Quantum Artificial Intelligence die geografische Daten zur Berechnung von Trends im Zeitverlauf oder zur Klassifizierung von Raum-Zeit-Mustern verwendet, benötigt regelmäßig die Lokalisierung sowie das entsprechende Datum und die Uhrzeit als Eingabedaten. Für die Verwendung mit Quantenhardware können herkömmliche Koordinaten und Zeitangaben jedoch nur indirekt als Eingangsdaten verwendet werden.
In dem nachstehend verlinkten Arbeitspapier werden die Raumkoordinaten und die Datumswerte in Form von komplexen Zahlen beschrieben, die direkt auf ein Qubit angewendet werden können. Für diese beiden Einheiten wurden die Begriffe qLoc und qDaT eingeführt.
Auszüge aus diesem Papier zeigt diese Seite.
Der OpenQASM-Code, der vereinfacht den nachstehenden Quantenalgorithmus implementiert, zeigt, wie die jeweiligen Real- und Imaginärteile von qLoc und qDaT in Form von Winkelkodierungen Rx und Ry in die beiden Qubits geladen werden.
Ortscodierung
Jedes Objekt auf der Erde kann als Punkt auf dem Globus beschrieben werden. Zum Beispiel können die Hauptstädte aller Länder auf einem Globus mit einer Nadel markiert werden. Zur Lokalisierung all dieser Objekte werden geografische Koordinatensysteme (GCS) verwendet, um Standorte auf der Erdoberfläche als Koordinaten zu messen. Die Koordinatentabellen für diese Punkte – in der Abbildung beispielhaft dargestellt – verwenden eine standardisierte Form für die Messung und Übermittlung von Positionen auf der Erde in Form von Breiten- und Längengraden (Lat/Lon).
Heutige Computersysteme basieren auf der grundlegenden Fähigkeit, Informationen zu speichern und zu manipulieren. Klassische Computer führen logische Operationen anhand der definierten Position eines physikalischen Zustands durch. Diese sind in der Regel binär, was bedeutet, dass ihre Operationen auf einer von zwei Positionen basieren. Ein einzelner Zustand – z. B. ein oder aus, hoch oder runter, 1 oder 0 – wird als Bit bezeichnet.
Quantencomputer hingegen führen Berechnungen auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeit des Zustands eines Objekts durch. Sie nutzen quantenmechanische Phänomene, um Informationen zu manipulieren. Die Informationen werden von einem zweistufigen quantenmechanischen System geliefert, das als Quantenbits (Qubits) bezeichnet wird.
Die Bloch-Kugel ist eine geometrische Darstellung eines Qubits, benannt nach dem schweizerisch-amerikanischen Physiker und Physik-Nobelpreisträger.
Um die Koordinaten eines geographischen Koordinatensystems in die Strukturen einer Bloch-Kugel umzuwandeln, werden die Lat/Lon-Werte in sphärische Koordinaten und dann, nach einer Normalisierung, in komplexe Zahlwerte für die Bloch-Kugel umgerechnet.
qLoc für die Hauptstadt von Deutschland Berlin sieht wie folgt aus.
Die Zusammenführung von Daten über Indizes wird in diesem System komplexer Zahlen dadurch unterstützt, dass dies durch Abschneiden der Nachkommastellen des Real- und Imaginärteils der Zahl erfolgen kann.
Datumscodierung
Um eine Beschreibung für die Referenz von Datum und Zeit in Übereinstimmung mit der quantenorientierten Lokalisierung als komplexe Zahl zu erhalten, erfolgt eine Berechnung, die die vergangenen Tage ausgehend von einem Referenzdatum zählt und eine Teilung in 100.000 Einheiten für einen einzelnen Tag verwendet.
Das zugehörige Referenzdatum ist die gemeinsame Veröffentlichung von Max Born, Werner Heisenberg und Pascual Jordan mit dem Titel „On Quantum Mechanics II“, die am 16. November 1925 vorgelegt wurde.
Die entsprechende Umwandlung von Datumswerten in eine komplexe Zahl ergibt für den 13. Januar 2024 um 15:40:13 Uhr folgenden Wert:
