TechShape.ru

Информационные технологии

Основные разделы

Квантовые вычисления

Квантовые вычисления дают возможность решать проблемы, не разрешимые на классических компьютерах. Например, алгоритм Шора дает на квантовом компьютере полиномиальное решение факторизации целого числа на два простых сомножителя, который считается не разрешимым на классическом компьютере. Кроме того, алгоритм Гровера дает значительное ускорение при поиске данных в неупорядоченной базе.

До сих пор мы не видели качественного различия между использованием обычных битов и кубитов, но нечто странное происходит, если обучить атом светом, которого достаточно лишь для того, чтобы электрон проделал половину пути между уровнями возбуждения. Поскольку электроны не могут в действительности существовать в пространстве между этими уровнями, они существуют НА ОБОИХ уровнях одновременно. Это известно как “суперпозиция”.

Эта суперпозиция позволяет теоретически вычислить одновременно несколько возможностей, так как группа кубитов может представлять одновременно несколько чисел. Для вычислений с использованием свойства суперпозиции можно создать набор кубитов, перевести их в состояния суперпозиции и затем осуществить над ними действие.

Когда алгоритм будет завершен, суперпозиция может быть сколлапсирована, и будет получен определенный результат - т.е. все кубиты перейдут в состояния 0 или 1. Можем считать, что алгоритм как бы параллельно действует на все возможные комбинации определенных состояний кубитов (т.е. 0 или 1) - трюк, известный как квантовый параллелизм (табл. 3).

Таблица 3: Главные понятие квантового вычисления

N

Главное понятие квантового вычисления:

1 2 3 4 5 6

Описание волновой функции из квантовой эволюции (развития) Суперпозиция классических состояний (последовательность) Запутанность Интерференция Измерение Унитарные преобразования

Построение моделей квантовых нейронных систем (так же как и создание моделей квантовых вычислений) сталкивается с необходимостью выяснения того, какие вычисления могут быть охарактеризованы как подлинно квантовые и каковы источники эффективности этих вычислений.

Важное место занимает и выяснение наиболее эффективных сфер применения квантовых вычислительных систем.

Фундаментальный ресурс и базовое формирование квантовой информации - квантовый бит (кубит). С физической точки зрения, кубит представляет идеальное двойственное состояние квантовой системы. Примеры таких систем включают фотоны (вертикальная и горизонтальная поляризация), электроны, и системы, определенные двумя уровнями энергии атомов или ионов. С самого начала двойственное состояние системы играло центральную роль в изучениях квантовой механики. Это - наипростейшая квантовая система, и в принципе все другие квантовые системы могут моделироваться в пространстве состояний собраний кубитов.

Состояние квантового бита задается вектором в двухмерном комплексном векторном пространстве. Здесь вектор имеет две компоненты, и его проекции на базисы векторного пространства являются комплексными числами. Квантовый бит представляется (в обозначениях Дирака в виде кет-вектора) как или в векторном обозначении (бра-вектор). Если , то . Для целей квантового вычисления, базисные состояния |0> и |1> кодируют классические разрядные значения 0 и 1 соответственно. Однако в отличие от классических битов, кубиты могут быть в суперпозиции |0> и |1>, как например , где и - комплексные числа, для которых выполнено следующее условие: . Если или принимают нулевые значения, то определяет классическое, чистое состояние. В противном случае говорят, что находится в состоянии суперпозиции двух классических базисных состояний. Геометрически квантовый бит находится в непрерывном состоянии между и , пока не производятся измерения его состояния. В случае, когда система состоит из двух квантовых битов, она описывается как тензорное произведение. Например, в обозначениях Дирака двухквантовая бит система задается, как . Число возможных состояний комбинированной системы возрастает экспоненциально при добавлении квантового бита.

Перейти на страницу: 1 2

Еще статьи

Космические системы связи
Освоение космоса, космические исследования относятся к одному из основных направлений научно-технической революции. Рассмотрение этого направления в технико-экономическом аспекте представит определенный интерес для специалистов, разрабатывающих международные программы сотрудничества в области ...

Все права защищены! 2020 - www.techshape.ru