квантовый компьютер


квантовый компьютер
Термин
квантовый компьютер
Термин на английском
quantum computer
Синонимы
квантовое вычислительное устройство
Аббревиатуры
КК
Связанные термины
Определение
гипотетическое вычислительное устройство, которое при выполнении операций с данными использует квантово-механические эффекты, такие как суперпозиция и запутанность (сцепленность) квантовых состояний.
Описание
Квантовые свойства объектов могут использоваться для представления данных и для выполнения операций над этими данными – это ключевой принцип, лежащий в основе функционирования квантового компьютера (КК).

Идея квантовых вычислений, впервые высказанная Ю. И. Маниным и Р. Фейнманом, состоит в том, что квантовая система из N двухуровневых квантовых элементов (квантовых битов или кубитов) имеет 2N линейно независимых состояний, а, значит, вследствие принципа квантовой суперпозиции (суперпозиции состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения, т.е. суперпозиции альтернативных взаимоисключающих состояний) пространством состояний такого квантового регистра является 2N-мерное гильбертово пространство (евклидово пространство, допускающее бесконечную размерность). Операция в квантовых вычислениях соответствует повороту вектора состояния регистра в этом пространстве. Таким образом, квантовое вычислительное устройство размером L кубит может выполнять параллельно 2L операций, т.е. одна операция над группой кубитов затрагивает все значения, которые она может принимать, в отличие от классического бита. Это и обеспечивает беспрецедентный параллелизм вычислений [1].

Упрощённая схема вычисления на квантовом компьютере выглядит так: берется система кубитов, на которой записывается начальное состояние. Затем состояние системы или её подсистем изменяется посредством базовых квантовых операций. В конце измеряется значение, что и является результатом работы компьютера.

При реализации описанных процедур кубиты системы не должны взаимодействовать с внешним миром, за исключением приложенных к этому набору кубитов (т.е. квантовому компьютеру) классических сил. Если же кубиты взаимодействуют с частицами, обладающими собственными степенями свободы (например, с фотонами, излученными при операциях над кубитами), то происходит так называемое квантовое запутывание: кубиты и частицы начинают описываться одной волновой функцией, содержащей много лишних переменных. Результат измерений над кубитами будет в этом случае зависеть от неконтролируемого состояния «паразитной» степени свободы, за которою «запутался» кубит; такое явление называется сбоем фазы, или декогерентностью.

Декогерентность - одно из важных препятствий для реализации КК; другое серьезное препятствие – извлечение результатов вычисления.  При выполнении одного измерения каждый из кубитов обязательно оказывается в одном из возможных состояний, т.е. при каждом измерении суперпозиционное состояние безвозвратно коллапсирует к какому-то одному состоянию из их полного числа. Выход заключается в том, чтобы проводить вычисления, факторизованные по отдельным кубитам; только в этом случае можно проводить измерения последовательно над каждым кубитом в отдельности, не портя квантовые состояния остальных.

Выделяют несколько основных требований к универсальному квантовому компьютеру [2]:

1. КК должен состоять из большого числа элементарных кубитов. Таковыми могут быть не только элементарные спины электронов, но и сложные системы, построенные из множества частиц; главное требование при этом – эволюция таких систем должна описываться аналогичными квантовыми состояниями.
2. Операции с кубитами должны быть такими, чтобы обеспечивать возможность «запутывать» состояния каждой пары кубитов и производить изменение квантового состояния каждого отдельного кубита. Должна быть также физическая возможность менять параметры этого воздействия на кубиты во времени по заданному закону.
3. Каждый кубит должен быть с высокой надежностью изолирован от  внешнего мира, т.е. время декогерентности должно быть много больше времени выполнения самих вычислений.
4. Необходимо уметь производить в конце процесса вычислений сами измерения, т.е. иметь возможность выяснить, в каком состоянии оказался каждый из кубитов системы к концу действия алгоритма.

Следует отметить, что все описанные условия достаточно плохо согласуются друг с другом в реальном физическом мире. Так, изоляция кубитов от внешней среды в процессе вычислений противоречит возможности точно управлять значениями параметров воздействия на эти кубиты, а также возможности эффективно измерять конечные состояния. Именно поэтому задача реализации КК  является исключительно сложной.


Авторы
  • Разумовский Алексей Сергеевич, к. ф.-м. н
Ссылки
  1. Квантовый компьютер / Википедия URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовый_компьютер
  2. Фейгельман М. Идейный фундамент / © ООО «Компьютерра–Онлайн», 1997 — 2009. URL: http://offline.computerra.ru/offline/2001/414/12932/index.html
Иллюстрации
Теги
Разделы
Объекты для квантовых вычислений и квантовых телекоммуникаций

Энциклопедический словарь нанотехнологий. — Роснано. 2010.

Смотреть что такое "квантовый компьютер" в других словарях:

  • квантовый компьютер — Теоретический компьютер на основе квантовой теории; теоретически способен выполнять недерминированные действия. [http://www.morepc.ru/dict/] Тематики информационные технологии в целом EN quantum computer …   Справочник технического переводчика

  • Квантовый компьютер — 3 кубита квантового регистра против 3 битов обычного Квантовый компьютер вычислительное устройство, работающее на основе квантовой механики. Квантовый компьютер принципиально отличается от классических компьютеров, работающих на основе …   Википедия

  • квантовый компьютер —  Quantum Computer  Квантовый компьютер   Вычислительное устройство, использующее при работе квантовомеханические эффекты, и реализующее выполнение квантовых алгоритмов. Квантовые компьютеры работают на основе квантовой логики.    16 q битный… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

  • Квантовый алгоритм — Квантовый алгоритм  это алгоритм, предназначенный для выполнения на квантовом компьютере. Квантовый алгоритм представляет собой классический алгоритм, который задает последовательность унитарных операций (гейтов, или вентилей) с указанием,… …   Википедия

  • Квантовый параллелизм — Квантовый параллелизм  принцип, лежащий в основе работы квантовых компьютеров и позволяющий им потенциально превзойти в производительности классические компьютеры. В основе квантового параллелизма лежит использование при вычислениях… …   Википедия

  • Квантовый робот — Квантовый робот  гипотетическое квантовое устройство, представляющее собой подвижную квантовую наносистему со встроенным квантовым компьютером и системами взаимодействия с окружающей средой[1]. Первую модель квантового робота предложил Поль… …   Википедия

  • Квантовый оракул — Квантовый оракул  квантовый аналог устройства типа «черного ящика». Квантовый оракул для квантовой гамильтоновой системы может быть определен как унитарный оператор где символом обозначено побитовое сложение. Унитарный оператор для… …   Википедия

  • Квантовый вентиль — (квантовый логический элемент) это базовый элемент квантового компьютера, преобразующий входные состояния кубитов на выходные по определённому закону. Отличается от обычных логических вентилей тем, что работает с кубитами, а следовательно… …   Википедия

  • Компьютер — Схема персонального компьютера: 1. Монитор 2. Материнская плата 3 …   Википедия

  • Квантовый скачок (сериал) — Квантовый скачок Quantum Leap Жанр фантастика Автор идеи Дональд, Белисарио Режиссёр Дэвид Хеммингс В главных ролях Скотт Бакул …   Википедия

Книги

Другие книги по запросу «квантовый компьютер» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.