Принципы работы квантового компьютера
Эксперты предвещают, что скоро на смену простым компьютерам придут квантовые, по мощности превосходящие современные вычислительные совокупности многократно. Но что же из себя воображают квантовые компьютеры?
Квантовый компьютер D-Wave Two
©D-Wave Systems
Согласно расчетам специалистов уже совсем не так долго осталось ждать, лет через 10, микросхемы в компьютерах достигнут ядерных измерений. Представляется логичным, что грядет эра квантовых компьютеров, благодаря которым скорость вычислительных совокупностей может повыситься на пара порядков.
Мысль квантовых компьютеров относительно нова: в первой половине 80-ых годов XX века Пол Бениофф в первый раз теоретически обрисовал принципы работы квантовой автомобили Тьюринга.
В 1930-х Алан Тьюринг в первый раз обрисовал теоретическое устройство, воображающее собой нескончаемую ленту, поделённую на мелкие ячейки. Любая ячейка может содержать в себе знак 1 либо 0, либо же остается безлюдной.
Управляющее устройство перемещается по ленте, считывая знаки и записывая новые. Из комплекта таких знаков составляется программа, которую машина обязана выполнить.
В квантовой машине Тьюринга, предложенной Бениоффом, принципы работы остаются теми же, с той отличием, что как лента, так и управляющее устройство будут в квантовом состоянии.
Это значит, что знаки на ленте смогут быть не только 0 и 1, но и суперпозициями обоих чисел, т. е. 0 и 1 в один момент. Так, в случае если хорошая машина Тьюринга способна в один момент выполнять только одно вычисление, то квантовая занимается несколькими вычислениями параллельно.
Сегодняшние компьютеры трудятся по тому же принципу, что и обычные автомобили Тьюринга – с битами, каковые находятся в одном из двух состояний: 0 либо 1. У квантовых компьютеров таких ограничений нет: информация в них зашифрована в квантовых битах (кубитах), каковые смогут содержать суперпозиции обоих состояний.
Работа над частью квантового компьютера D-Wave
©D-Wave Systems
Физическими совокупностями, реализующими кубиты, смогут быть атомы, ионы, фотоны либо электроны, имеющие два квантовых состояния. Практически, в случае если сделать элементарные частицы носителями информации, посредством них возможно выстроить процессоры нового и компьютерную память поколения.
Благодаря суперпозиции кубитов квантовые компьютеры изначально вычислены на исполнение параллельных вычислений. Данный параллелизм, согласно точки зрения физика Дэвида Дойча, разрешает квантовым компьютерам делать в один момент миллионы вычислений, в то время, как современные процессоры трудятся только с одним единственным.
30-кубитный квантовый компьютер по мощности будет равен суперкомпьютеру, трудящемуся с производительностью 10 терафлопс (триллион операций в секунду). Мощность современных настольных компьютеров измеряется всего лишь гигафлопсах (миллиард операций в секунду).
Второе серьёзное квантовомеханическое явление, которое возможно задействовано в квантовых компьютерах, именуется «запутанностью». Главная неприятность считывания информации из квантовых частиц содержится в том, что в ходе измерения они смогут поменять собственный состояние, причем совсем непредсказуемым образом.
Практически, в случае если вычислять данные с кубита, находящегося в состоянии суперпозиции, возьмём только 0 либо 1, но ни при каких обстоятельствах не оба числа в один момент. А это значит, что вместо квантового, мы будем иметь дело с обычным хорошим компьютером.
Дабы решить эту проблему, ученые должны применять такие измерения, каковые не разрушают квантовую совокупность. Квантовая запутанность предоставляет потенциальное ответ.
В квантовой физике, в случае если приложить внешнюю силу к двум атомам, их возможно «запутать» совместно так, что один из атомов будет владеть особенностями другого. Это, со своей стороны, приведет к тому, что, к примеру, измеряя спин одного атома, его «запутанный» близнец сходу примет противоположный спин.
Такое свойство квантовых частиц разрешает физикам определить значение кубита, не измеряя его конкретно.
В один прекрасный день квантовые компьютеры смогут заменить кремниевые чипы, подобно тому, как транзисторы пришли на смену вакуумным трубкам. Но новейшие технологии до тех пор пока еще не разрешают строить полноценные квантовые компьютеры.
Сборка процессора квантового компьютера D-Wave Two
©D-Wave Systems
Однако, из года в год исследователи объявляют о новых достижениях в области квантовых разработок, и надежда, что когда-нибудь квантовые компьютеры смогут превзойти простые, крепнет .
1998
Исследователям из Массачусетского технологического университета удалось в первый раз распределить один кубит между тремя ядерными поясницами в каждой молекуле жидкого аланина либо молекулы трихлороэтилена. Такое распределение разрешило применять «запутанность» для неразрушающего анализа квантовой информации.
2000
В марте ученые из Национальной лаборатории в Лос Аламосе заявили о создании 7-кубитного квантового компьютера в одной единственной капле жидкости.
2001
Демонстрация вычисления метода Шора экспертами из IBM и Стэнфордского университета на 7-кубитном квантовом компьютере.
2005
В университете квантовой оптики и квантовой информации при Иннсбрукском университете в первый раз удалось создать кубайт (сочетание 8 кубитов) посредством ионных ловушек.
2007
Канадская компания D-Wave показала первый 16-кубитный квантовый компьютер, талантливый решать множество головоломок и задач, типа судоку.
С 2011 года D-Wave предлагает за $11 миллионов долларов квантовый компьютер D-Wave One с 128-кубитным чипсетом, что делает лишь одну задачу – дискретную оптимизацию.
Источник: naked-science.ru
Квантовый компьютер что это такое? Как он трудится, принцип создания
