Xreferat.com » Рефераты по кибернетике » Квантовые компьютеры

Квантовые компьютеры

короткого импульса. Взаимовлияние атомных состоя­ний происходит посредством об­мена фотонов в резонаторе. Ос­новными причинами разрушения когерентности здесь служат спон­танное излучение и выход фото­нов за пределы резонатора.

В элементах на основе ионов в линейных ловушках кубиты хра­нятся в виде внутренних состояний пойманных ионов. Для управле­ния логикой и для манипулирова­ния отдельными кубитами также используются лазеры. Унитарные преобразования осуществляются возбуждением коллективных кван­тованных движений ионов. Источ­никами некогерентности является спонтанный распад состояний ио­нов в другие внутренние состояния и релаксация в колебательные сте­пени свободы.

Сильно отличается от двух пре­дыдущих «компьютер в чашке ко­фе». Благодаря достоинствам данного метода этот ком­пьютер является наиболее реаль­ным претендентом на то, чтобы достигнуть разрядности 10 бит в бли­жайшее время. В компьютере на кол­лективном спиновом резонансе ра­ботают молекулы обычных жидко­стей (без всяких квантовых вывертов типа сверхтекучести). В качестве ку­битов используется ориентация ядерных спинов. Работа логических ячеек и запись кубитов осуществля­ется радиочастотными электромаг­нитными импульсами со специаль­но подобранными частотой и фор­мой. В принципе, прибор похож на обычные приборы ядерного маг­нитного резонанса (ЯМР) и исполь­зует аналогичную аппаратуру. Жиз­неспособность этого подхода обес­печивается, с одной стороны, очень слабой связью ядерных спинов с окружением и, потому, большим временем сохранения когерентно­сти (до тысяч секунд). Эта связь ос­лаблена из-за экранирования ядер­ных спинов спинами электронов из оболочек атомов. С другой стороны, можно получить сильный выход­ной сигнал, так как для вычислений параллельно используется большое количество молекул. «Не так уж сложно измерить спин четвертого ядра у какого-то типа молекул, если у вас имеется около числа Авогадро (~1023) таких молекул», - говорит Ди Винченцо (Di Vincenzo), один из исследователей. Для определения результата непрерывно контроли­руют излучение всего ансамбля. Та­кое измерение не приводит к потере когерентности в компьютере, как было бы в случае использования толь­ко одной молекулы.

Ядерные спины в молекулах жидкости при комнатной темпера­туре хаотически разупорядочены, их направления равномерно рас­пределены от 0 до 4. Проблема записи и считывания кажется не­преодолимой из-за этого хаоса. При воздействии магнитного поля спины начинают ориентироваться по полю. После снятия поля через небольшое время система снова приходит к термодинамическому равновесию, и в среднем лишь около миллионной доли всех спинов остается в состоянии с ориентацией по направлению поля. Однако бла­годаря тому, что среднее значение сигнала от хаотически направлен­ных спинов равно нулю, на этом фоне можно выделить довольно слабый сигнал от «правильных» спинов. Вот в этих-то молекулах с правильными ядерными спинами и размещают кубиты. Для коррек­ции ошибок при записи N кубитов используют 2N или больше спинов. Например, для N=1 выбираются такие жидкости, где какие-то два спина ядер в одной молекуле после опре­деленного воздействия полем мо­гут быть ориентированны только одинаково. Тогда по направлению второго спина при снятии резуль­тата обработки можно отсеять нуж­ные молекулы, никак не влияя на первый спин.

Как уже было сказано, обработ­ка битов осуществляется радиоим­пульсами. Основным логическим элементом является управляемый инвертор. Из-за спин-спинового взаимодействия резонансная час­тота, при которой происходит оп­рокидывание одного спина, зави­сит от направления другого.

Что касается квантовой передачи данных, к настоящему времени экспериментально реализованы системы обмена секретной информацией по незащищенному от несанкционированного доступа каналу. Они основаны на фундаментальном постулате квантовой механики о невоз­можности измерения состояния без оказания влияния на него. Подслушивающий всегда изменяет состояние кубитов, кото­рые он подслушал, и это может быть зафиксировано связы­вающимися сторонами. Данная система защиты информации абсолютно надежна, так как способов обойти законы кванто­вой механики пока еще никто не выдумал.


Вместо заключения…

Пока квантовым компьютерам по плечу только наиболее простые за­дачи - например, они уже умеют складывать 1 и 1, получая в резуль­тате 2. Было также запланировано взятие дру­гого важного рубежа - фактори­зации числа 15, его предстоит раз­ложить на простые множители - 3 и 5. А там, глядишь, дойдет дело и до более серьезных задач.

Опытные образцы сейчас со­держат менее десяти квантовых би­тов. По мнению Нейла Гершенфельда (Nell Gershenfeld), участвовав­шего в создании одной из первых действующих моделей квантового компьютера, необходимо объеди­нить не менее 50-100 кубитов, что­бы решать полезные с практиче­ской точки зрения задачи. Интерес­но, что добавление каждого сле­дующего кубита в квантовый ком­пьютер на эффекте объемного спи­нового резонанса требует увеличе­ния чувствительности аппаратуры в два раза. Десять дополнительных кубитов, таким образом, потребуют увеличения чувствительности в 1000 раз, или на 60 дБ. Двадцать - в миллион раз, или на 120 дБ...

He исключе­но, что в информационном обще­стве появление квантового компь­ютера сыграет ту же роль, что в свое время, в индустриальном, - изоб­ретение атомной бомбы. Действи­тельно, если последняя является средством «уничтожения мате­рии», то первый может стать сред­ством «уничтожения информа­ции» - ведь очень часто то, что известно всем, не нужно никому.


Литература, содержащая основную информацию о КК.

  1. Feynman R. Int. J. Theor. Phys. 21, 1982.

  2. Манин Ю.И. Вычислимое и невычислимое. - М.: Советское ра­дио, 1980.

  3. Feynman R. Quantum mechanical computers. // Optics News, February 1985, 11, p.11.

  4. Deutsch D. Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer. - Proc. R. Soc. London A 400, 97, 1985.

  5. Deutsch D. Quantum computational networks. - Proc. R. Soc. London A 425, 73, 1989.

  6. Yao А. С.-С. Quantum circuit complexity. //Proceedings of the 34th Annual Symposium on the Foundations of Computer Science, IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA, 1993, p. 352.

  7. Shor P.W. Algorithms for Quantum Computation: Discrete log and Factoring. // Proceedings of the 35th Annual Symposium on the Foundations of Computer Science, edited by S. Goldwasser, IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA, 1994, p.124.

  8. Китаев A.Ю. Квантовые вычисления: алгоритмы и исправление ошибок. //Успехи математических наук.

  9. Grover L. Afast quantum mechanical algorithm for database search. //Proceedings of the 28th Annual ACM Symposium on Theory of Computing, 1996, pp. 212-219.

  10. Kitaev A.Yu. Quantum measurements and the Abelian stabilizer problem. - LANL e-print quant-ph/9511026, xxx.lanl.gov.

  11. Shor P.W. Fault-Tolerant Quantum Computation. - LANL e-print quant-ph/9005011, xxx.lanl.gov.

  12. Bennett С.Н., Bernstein E., Brassard G., Vazirany U. Strengths and Weaknesses of Quantum Computing. - LANL e-print quant-ph/9701001, xxx.lanl.gov, to appear in SIAM J. On Computing.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: