Кв?нтовий компьютер - физическое вычислительное устройство, функционирование которого состоит на квантовых явлениях.

Основным элементом квантового компьютера является квантовый бит, сокращенно кюбит. В отличие от обычного логического элемента кюбит принимает значение не только 0 и 1, а произвольной суперпозиции двух значений:

\ Psi = a | 0 \ rangle + b | 1 \ rangle ,

где a и b - произвольные комплексные числа, соответствующие условиям нормирования

| A | ^ 2 + | b | ^ 2 = 1 .

Гораздо больший выбор значений кюбита создает возможность выполнения параллельных вычислений. | 0 \ rangle и | 1 \ rangle - Это два состояния двухуровневой квантовой ситемы, которые могут реализовать очень различным образом, например, как магнитные спиновые числа.


1. Предпосылки для создания

Имеющаяся элементная база, построенная на "Кремниевых" технологиях, позволит держаться на таком уровне роста совсем недолго. Основным из установленных природой ограничений является тепло, которое выделяет любой электроприбор. Каким бы незначительным ни было тепло, при уменьшении размеров "прибора" оно все равно будет препятствовать, особенно, когда эти размеры измеряются микронами или долями микрон. Идея использования в компьютерах эффекта сверхпроводимости возникла давно, но до 80-х лет оставалась не более чем привлекательной, экстравагантной идеей. Исследования показали, что отсутствие тепловыделение - не основное преимущество сверхпроводниковой компьютерной техники; хотя именно она и позволяет в тысячу раз увеличить быстродействие и плотность заполнения. Используя квантовые эффекты, возникающие при сверхпроводимости, компьютер может оперировать несколько битовыми "образцами". Электрон, который пробегает сетью такого компьютера, будет одновременно выполнять роль и "ключа", и носителя информации. Структура квантового компьютера, его логика станут совсем другими, а сам компьютер будет иметь больше возможностей. Лихарев считает, что потенциальным рынком для таких компьютеров будут не "персоналки" или текстовые процессоры, а сетевые компьютерные устройства типа рабочей станции.


2. Реальные квантовые компьютеры

Созданы реально квантовые компьютеры до сих пор оперировали с очень незначительным количеством кюбитив. В 2007 году объявлено создания квантового компьютера с 16 кюбитамы. [1]

3. Квантовые компьютеры на оптических чипах

Ученые центра квантовой фотоники Бристольского университета создали силиконовый чип, который можно будет использовать для сложных подсчетов и симуляций с использованием квантовых частиц в ближайшем будущем. Ученые считают, что их прибор проторюе путь к квантовых компьютеров - мощного вида компьютеров, использующих квантовые биты, а не обычные биты, которые используются в современных компьютерах.

В отличие от обычных битов или транзисторов, которые могут быть представлены одновременно только в одной из двух форм (1 или 0), кюбит может существовать в нескольких формах одновременно и, таким образом, может использоваться для хранения и обработки гораздо большего объема информации в большей степени.

Технология, созданная в Бристоле использует две идентичные дольки света (фотоны) движутся вдоль силиконового чипа в рамках эксперимента, известного как движение квантов. Эксперименте движения квантов с использованием одного фотона проводился и раньше и подпадает под модель классической физики волн. Тем не менее, такого рода эксперимент с использованием двух частиц было проведено впервые и результаты их трудно переоценить.

"С использование системы двух частиц мы получаем возможность выполнять экспоненциальной сложные вычисления чем раньше", говорит профессор (Джереми О'Брайен). "Это - начало исследований в новой области квантовой информационной науки, прокладывает путь к квантовых компьютеров, которые помогут решить сложные научные задачи."

Переход от использования одного фотона до двух не простой, поскольку две части должны быть идентичными по всем параметрам и за то, как частицы взаимодействуют и взаимопроникают. Аналогии такого рода взаимодействия вне квантовой физики не существует.

"Теперь, когда мы имеем возможность напрямую реализовать и наблюдать движение двух протонов перед нами открывается путь к приборам с использованием трех-и многих фотонов и результаты должны быть более чем просто впечатляющими", говорит профессор О'Брайен. "Каждый раз, когда мы добавляем протон. Мы получаем возможность решать по экспоненте все сложные задачи, т.е. если однофотонная система имеет 10 процентную эффективность, то двопротонова - 100 процентную, а трипротонна 1000 и т. д." [2]


Литература

  • Вакарчук И. А. Квантовая механика. - 4-е издание, дополненное. - Л. : ЛНУ им. Ивана Франко, 2012. - 872 с.
  • Ткачук В. М. Фундаментальные проблемы квантовой механики. - Л. : ЛНУ им. Ивана Франко, 2011. - 144 с.
  • Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации. - М. : Постмаркет, 2002. - 376 с.
  • Кайе Ф., Лафламм Р., Моска М. Введение в квантовые вычисления. - Ижевск: РХД, 2009. - 360 с.
  • Китаев А., Шень А., вялые М. Классические и квантовые вычисления. - М. : МЦНМО, 1999. - 192 с.
  • Нильсен М., Чанг И. Квантовые вычисления и Квантовая информация. - М. : Мир, 2006. - 824 с.
  • Прескилл Дж. Квантовая информация и квантовые вычисления. - Ижевск: РХД, 2008-2011. - 464 +312 с.

Примечания