Квантовий комп'ютер

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Квáнтовий комп'́ютер — фізичний обчислювальний пристрій, функціонування якого полягає на квантових явищах.

Основним елементом квантового комп'ютера є квантовий біт (англ. quantum bit, qubit), скорочено кубіт. На відміну від звичайного логічного елемента кубіт приймає значення не лише 0 і 1, а довільної суперпозиції цих двох значень:

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

де a і b — довільні комплексні числа, які задовольняють умови нормування

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

Набагато більший вибір значень кубіта створює можливість виконання паралельних обчислень.  |0\rangle і  |1\rangle  — це два стани дворівневої квантової системи, які можуть реалізувати дуже різним чином, наприклад, як магнітні спінові числа.

Передумови для створення[ред.ред. код]

Наявна елементна база, побудована на «кремнієвих» технологіях, дозволить триматися на такому рівні зростання зовсім недовго. Основним зі встановлених природою обмежень є тепло, яке виділяє будь-який електроприлад. Яким би незначним не було тепло, при зменшенні розмірів «приладу» воно все одно буде перешкоджати, особливо, коли ці розміри вимірюються мікронами чи частками мікрон. Ідея використання в комп'ютерах ефекту надпровідності виникла давно, але до 80-х років залишалася не більш, як привабливою, екстравагантною ідеєю. Дослідження показали, що відсутність тепловиділення — не основна перевага надпровідникової комп'ютерної техніки; хоча саме вона і дозволяє в тисячу разів збільшити швидкодію і щільність заповнення. Використовуючи квантові ефекти, які виникають при надпровідності, комп'ютер може оперувати кількабітовими «зразками». Електрон, який пробігає мережею такого комп'ютера, буде одночасно виконувати роль і «ключа», і носія інформації. Структура квантового комп'ютера, його логіка стануть зовсім іншими, а сам комп'ютер матиме більше можливостей. Лихарєв вважає, що потенційним ринком для таких комп'ютерів будуть не «персоналки» чи текстові процесори, а мережеві комп'ютерні пристрої типу робочої станції.

Реальні квантові комп'ютери[ред.ред. код]

Створені реально квантові комп'ютери досі оперували з дуже незначною кількістю кубітів. У 2007 році оголошене створення квантового комп'ютера із 16 кубітами.[1]

Квантові комп'ютери на оптичних чіпах[ред.ред. код]

Вчені центру квантової фотоніки Брістольського університету створили силіконовий чип, який можна буде використовувати для складних підрахунків та симуляцій з використанням квантових часток у найближчому майбутньому. Вчені вважають що їхній прилад проторює шлях до квантових комп'ютерів — потужного виду комп'ютерів, що використовують квантові біти, а не звичайні біти, що використовуються у сучасних комп'ютерах.

На відміну від звичайних бітів чи транзисторів, які можуть бути представлені одночасно лише в одній з двох форм (1 або 0), кубіт може існувати у кількох формах одночасно і, таким чином, може використовуватись для зберігання та обробки набагато більшого обсягу інформації у більшому ступені.

Технологія, створена у Брістолі використовує дві ідентичні часточки світла (фотони) рухаються вздовж силіконового чипа в межах експерименту, відомого як рух квантів. Експерименті руху квантів з використанням одного фотону проводився і раніше і він підпадав під модель класичної фізики хвиль. Тим не менш, такого роду експеримент з використанням двох часток було проведено вперше і результати їх важко переоцінити.

«З використання системи двох часток ми отримуємо можливість виконувати експонентно складніші обчислення ніж досі», говорить професор (Джеремі О'Брайєн). «Це — початок досліджень у новій сфері квантової інформаційної науки, що прокладає шлях до квантових комп'ютерів, котрі допоможуть вирішити складніші наукові завдання.»

Перехід від використання одного фотону до двох не простий, оскільки дві частки мають бути ідентичними за всіма параметрами та через те, як частки взаємодіють та взаємопроникають. Аналогії такого роду взаємодії поза межами квантової фізики не існує.

«Тепер, коли ми маємо змогу напряму реалізувати та спостерігати рух двох протонів перед нами відкривається шлях до приладів з використанням трьох- та багатьох фотонів і результати мають бути більш ніж просто вражаючими», каже професор О'Брайєн. «Щоразу як ми додаємо протон. Ми дістаємо змогу вирішувати по експоненті все складніші задачі, тобто якщо однофотонна система має 10 відсоткову ефективність, то двопротонова — 100 відсоткову, а трипротонна 1000 і т. д.»[2]

Примітки[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • Вакарчук І. О. Квантова механіка. — 4-е видання, доповнене. — Л.: ЛНУ ім. Івана Франка, 2012. — 872 с.
  • Ткачук В. М. Фундаментальні проблеми квантової механіки. — Л.: ЛНУ ім. Івана Франка, 2011. — 144 с.
  • Квантовые вычисления: за и против // Квантовый компьютер и квантовые вычисления. — Ижевск: РХД, 1999. — Т. 1. — 212 с.
  • Квантовый компьютер и квантовые вычисления. — Ижевск: РХД, 1999. — Т. 2. — 288 с.
  • Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации. — М.: Постмаркет, 2002. — 376 с.
  • Валиев К. А., Кокин А. А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. — Ижевск: РХД, 2004. — 320 с.
  • Дойч Д. Структура реальности. — Ижевск: РХД, 2001. — 400 с.
  • Кайе Ф., Лафламм Р., Моска М. Введение в квантовые вычисления. — Ижевск: РХД, 2009. — 360 с.
  • Китаев А., Шень А., Вялый 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.
  • Стин Э. Квантовые вычисления. — Ижевск: РХД, 2000. — 112 с.
  • Лебедь О.О., Дейнека О.Ю., Рибалко А.В., Гаращенко В.І. Основи квантового комп'ютера та квантової інформатики. – Рівне: НУВГП, 2014. – 151с.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.