Перейти к содержимому


Свернуть чат Чат Открыть чат во всплывающем окне

@  NeketAreHere : (16 Март 2019 - 10:50) Всем дарова! :)
@  C00lerman : (15 Март 2019 - 05:46) the binding
@  Kamil35 : (14 Март 2019 - 13:43) .

Квантовый компьютер


  • Авторизуйтесь для ответа в теме
Сообщений в теме: 5

#1 FrankyGoga

FrankyGoga

    Местный

  • Пользователи
  • PipPipPipPip
  • 435 сообщений
Репутация: 76
Скоро придёт к известности

Отправлено 31 Май 2010 - 13:31

Квантовый компьютер — вычислительное устройство, которое путём выполнения квантовых алгоритмов существенно использует при работе квантовомеханические эффекты, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Ква́нтовая меха́ника — раздел теоретической физики, описывающий квантовые системы и законы их движения.

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 суперпозиций базовых состояний, что позволяет одновременно производить большое количество вычислений с различными исходными данными. Например, 64-разрядный квантовый регистр может хранить до 2^64 значений одновременно , а квантовый компьютер может все эти значения одновременно обрабатывать. Тем не менее, извлечение результатов таких вычислений затруднено, что ограничивает область применения квантовых компьютеров.

Содержание понятия «квантовый параллелизм» может быть раскрыто так: «Данные в процессе вычислений представляют собой квантовую информацию, которая по окончании процесса преобразуется в классическую путём измерения конечного состояния квантового регистра. Выигрыш в квантовых алгоритмах достигается за счёт того, что при применении одной квантовой операции большое число коэффициентов суперпозиции квантовых состояний, которые в виртуальной форме содержат классическую информацию, преобразуется одновременно» .

Под «квантовой суперпозицией» обычно понимается следующее: «Вообразите атом, который мог бы подвергнуться радиоактивному распаду в определённый промежуток времени. Или не мог бы. Мы можем ожидать, что у этого атома есть только два возможных состояния: "распад" и "не распад", /…/ но в квантовой механике у атома может быть некое объединённое состояние — "распада — не распада", то есть ни то, ни другое, а как бы между. Вот это состояние и называется "суперпозицией".

Базовые характеристики квантовых компьютеров в теории позволяют им преодолеть некоторые ограничения, возникающие при работе классических компьютеров.

Кубиты

3 кубита квантового регистра против 3 битов обычного:
Изображение

Идея квантовых вычислений, впервые высказанная Ю. И. Маниным и Р. Фейнманом состоит в том, что квантовая система из L двухуровневых квантовых элементов (квантовых битов, кубитов) имеет 2L линейно независимых состояний, а значит, вследствие принципа квантовой суперпозиции, пространством состояний такого квантового регистра является 2L-мерное гильбертово пространство. 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.

Ги́льбертово простра́нство — обобщение евклидова пространства, допускающее бесконечную размерность. Названо в честь Гильберта.


Предположим, что имеется один кубит. В таком случае после измерения, в так называемой классической форме, результат будет 0 или 1. В действительности кубит — квантовый объект и поэтому, вследствие принципа неопределённости, в результате измерения может быть и 0, и 1 с определенной вероятностью. Если кубит равен 0 (или 1) со стопроцентной вероятностью, его состояние обозначается с помощью символа |0\ (или |1\) — в обозначениях Дирака. |0\ и |1\ — это базовые состояния. В общем случае квантовое состояние кубита находится "между" базовыми и записывается, в виде a\,|0\+b\,|1\, где |a|² и |b|² — вероятности измерить 0 или 1 соответственно; a,b принадлежат C; |a|² + |b|² = 1. Более того, сразу после измерения кубит переходит в базовое квантовое состояние, аналогичное классическому результату.

Вычисление

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, и это результат работы компьютера.

Оказывается, что для построения любого вычисления достаточно двух базовых операций. Квантовая система дает результат, только с некоторой вероятностью являющийся правильным. Но за счет небольшого увеличения операций в алгоритме можно сколь угодно приблизить вероятность получения правильного результата к единице.

С помощью базовых квантовых операций можно симулировать работу обычных логических элементов, из которых сделаны обычные компьютеры. Поэтому любую задачу, которая решена сейчас, квантовый компьютер решит, и почти за такое же время. Следовательно, новая схема вычислений будет не слабее нынешней.

Чем же квантовый компьютер лучше классического? Большая часть современных ЭВМ работают по такой же схеме: n бит памяти хранят состояние и каждый такт времени изменяются процессором. В квантовом случае система из n кубитов находится в состоянии, являющимся суперпозицией всех базовых состояний, поэтому изменение системы касается всех 2^n базовых состояний одновременно. Теоретически новая схема может работать намного (в экспоненциальное число раз) быстрее классической. Практически (квантовый) алгоритм Гровера поиска в базе данных показывает квадратичный прирост мощности против классических алгоритмов. Пока в природе их не существует.

Квантовая телепортация

Алгоритм телепортации реализует точный перенос состояния одного кубита (или системы) на другой. В простейшей схеме используются 4 кубита: источник, приёмник и два вспомогательных. Отметим, что в результате работы алгоритма первоначальное состояние источника разрушится — это пример действия общего принципа невозможности клонирования — невозможно создать точную копию квантового состояния, не разрушив оригинал. На самом деле, довольно легко создать одинаковые состояния на кубитах. К примеру, измерив 3 кубита, мы переведем каждый из них в базовые состояния (0 или 1) и хотя бы на двух из них они совпадут. Не получится скопировать произвольное состояние, и телепортация — замена этой операции.

Телепортация позволяет передавать квантовое состояние системы с помощью обычных классических каналов связи. Таким образом, можно, в частности, получить связанное состояние системы, состоящей из подсистем, удаленных на большое расстояние.

Применение квантовых компьютеров

Может показаться, что квантовый компьютер — это разновидность аналоговой вычислительной машины. Но это не так: по своей сути это цифровое устройство, но с аналоговой природой.

Основные проблемы, связанные с созданием и применением квантовых компьютеров:
* необходимо обеспечить высокую точность измерений;
* внешние воздействия могут разрушить квантовую систему или внести в неё искажения.

Благодаря огромной скорости разложения на простые множители, квантовый компьютер позволит расшифровывать сообщения, зашифрованные при помощи популярного асимметричного криптографического алгоритма RSA. До сих пор этот алгоритм считается сравнительно надёжным, так как эффективный способ разложения чисел на простые множители для классического компьютера в настоящее время неизвестен. Для того, например, чтобы получить доступ к кредитной карте, нужно разложить на два простых множителя число длиной в сотни цифр. Даже для самых быстрых современных компьютеров выполнение этой задачи заняло больше бы времени, чем возраст Вселенной, в сотни раз. При помощи алгоритма Шора эта задача делается вполне осуществимой, если квантовый компьютер будет построен.

Применение идей квантовой механики уже открыли новую эпоху в области криптографии, так как методы квантовой криптографии открывают новые возможности в области передачи сообщений. Прототипы систем подобного рода находятся на стадии разработки.

Первый квантовый компьютер - в ноябре 2009 года физикам из Национального института стандартов и технологий в США впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубит.

#2 von-tarkin

von-tarkin

    Старожил

  • Редакторы
  • 1 719 сообщений
Репутация: 778
За этого человека можно гордиться

Отправлено 31 Май 2010 - 14:17

Как математику, очень интересная и занимательная статья, только вот боюсь, большинство пользователей в силу своего банального нежелания ознакомиться с будущими технологиями, а также отмазываясь комментами "многа букафф" сюда даже не заглянут. Вообще, отлично в степени отлично!

#3 Mr_Goodkat

Mr_Goodkat

    Продвинутый пользователь

  • Редакторы
  • 296 сообщений
Репутация: 96
Скоро придёт к известности

Отправлено 31 Май 2010 - 15:05

Хм, никогда бы не подумал о таком. Занимательно, благодарю.

#4 CTpeLock

CTpeLock

    Главный электрик

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 1 426 сообщений
  • Город:Самара
Репутация: 232
Как роза среди колючек

Отправлено 31 Май 2010 - 15:17

Многа букаф ниасилил.
Изображение

Изображение Уникальная игра!

#5 v_e_d

v_e_d

    Прохожий

  • Пользователи
  • 6 сообщений
Репутация: 3
Пока неопределено

Отправлено 13 Август 2010 - 19:03

Первый квантовый компьютер - в ноябре 2009 года физикам из Национального института стандартов и технологий в США впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубит.


Кубиты были созданы с помощью Джозефсоновских контактов, которые были охлаждены до температуры близкой к абсолютному нулю.
Однако, скорее в результате эксперимента была продемонстрирована работа законов квантовой механики,
а не модель действующего квантового компьютера.

Хотя в сети и 'бродят' сообщения о действующих моделях 5-50 кубитных квантовых компьютеров,
до создания реальных систем пока достаточно далеко, полагаю что это 20 - 50 лет.

#6 GaHTo

GaHTo

    Прохожий

  • Пользователи
  • 3 сообщений
Репутация: 0
Пока неопределено

Отправлено 30 Август 2010 - 04:21

достаточно интересная тема,хотя как я вижу мало кто прочел эту статью.....прескорбно.....




Количество пользователей, читающих эту тему: 0

0 пользователей, 0 гостей, 0 скрытых пользователей