• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Квантовые компьютеры

Квантовые компьютеры
В модернизации элементной базы компьютеров, основанной на традиционном электронном принципе, есть фундаментальное ограничение, связанное с тем, что из отдельного атома невозможно создать проводник, по которому протекал бы электрический ток, как в элементах обычных электронных приборов. Поэтому нужны принципиально новые идеи, которые позволят в дальнейшем развивать компьютерную технику. В настоящее время предложено несколько идей, и одной из них, основанной на квантовом принципе, уделяется большое внимание. Предполагается, что созданный на таком принципе квантовый компьютер поможет решить трудно выполнимые с помощью традиционных компьютеров задачи.

Квантовая механика, описывающая, казалось бы, далекий от нас микромир, все активнее вторгается в практические сферы человеческой деятельности. Появляется все больше приборов, основанных на квантово-механических принципах - от квантовых генераторов до микроэлектронных приборов. Видимо, пришел черед и вычислительной техники - компьютеры, построенные на квантовых вычислительных элементах, откроют новые возможности для решения довольно сложных задач вычислительной математики.
Один из важных принципов квантовой механики - принцип суперпозиции: если квантовая система может существовать в двух состояниях, то она может находиться и в состоянии в виде их суперпозиции.

Попытаемся представить простейшую квантовую систему, на основе которой можно создать квантовый компьютер. Проведем следующий несложный мысленный эксперимент. Возьмем, например, стрелку компаса и начнем разрезать ее пополам. Каждая из половинок будет обладать тем же свойством, что и неразрезанная стрелка, а именно: один конец их указывает на север, а другой - на юг. Разрезая полученные половинки вновь и вновь, можно дойти до стрелки, состоящей из одной частицы. Куда она направлена? Казалось бы, нужно взять микроскоп с высоким разрешением и посмотреть. Но для этого надо направить на систему какое-либо излучение (в случае оптического микроскопа - световое), т.е. заставить ее взаимодействовать с внешними частицами (фотонами). Таким образом можно изменить состояние квантовой системы, или, иначе, когерентность, просто наблюдая за ней. Соответственно и информация будет относиться не к исходной, а к новой. Если принять за «1» направление на север, а за «0» - на юг, то направление намагниченности можно рассматривать как квантовый бит, или кубит, находящийся в обоих состояниях с равной вероятностью. Квантовая система с двумя состояниями, способная нести один бит информации, носит название кубит. Для одного кубита возможно два состояния, двух кубитов - четыре, трех - восемь и т.д. Добавление в систему каждого нового кубита повышает число состояний вдвое.

Рассмотренный простейший кубит, основанный на двух состояниях, называется спиновым кубитом. Возможны и другие квантовые системы, которые могут отличаться поляризацией (например, фотоны) или фазой (сверхпроводники).

Квантовой системой может быть не только отдельная частица, но и различные макроскопические системы в виде сверхпроводников, сверхтекучих жидкостей, бозе-газа.
Квантовая логика для работы с кубитами оставалась для ученых- кибернетиков чем-то умозрительным вплоть до 1994 г., когда американский ученый Питер Шор предложил квантовый алгоритм решения очень важной задачи - разложения больших чисел на простые сомножители. Для примера достаточно сказать, что разложение 155-значного числа, которое производилось одновременно на нескольких компьютерах, в 1999 г. потребовало 7 месяцев. Если бы удалось построить хотя бы 50-кубитный квантовый компьютер, эта задача была бы решена за доли секунды.

Вычислительные машины на базе электронных ламп

Новая модификация вычислительных машин на базе электронных ламп работала в тысячу раз быстрее. В основу разработки следующей...

читать далее

Создание модификаций транзистора

Совершенствование различных полупроводниковых приборов способствовало развитию микроэлектронных технологий...

читать далее

Мезоскопические структуры

В электронных приборах с размерами активных областей менее 100 нм начинают проявляться квантовые эффекты, так как размеры...

читать далее