TechShape.ru

Информационные технологии

Основные разделы

Эффективное управление квантовым спиновым регистром. Криптография и квантовая телепортация

Впервые идея о квантовых вычислениях была высказана советским математиком Ю.И. Маниным в 1980 году и стала активно обсуждаться после опубликования в 1982 году статьи Роберта Фейнмана. Действительно, состояния 0 и 1, которые представлены в современных ЭВМ как уровни напряжения неких электрических схем (триггеров), можно интерпретировать и как состояния элементарных частиц, если, к примеру, воспользоваться такой характеристикой, как спин. Согласно принципу Паули, каждая частица может обладать спином величиной +1/2 или -1/2 - чем не логические «единица» и «ноль»? А квантовая природа таких частиц-триггеров, названных «квантовыми битами» или «кубитами» (Qbit), придает возможностям построенных на этой основе компьютеров поистине уникальные свойства.

Разработка устройств квантовой обработки информации представляет собой новую и бурно развивающуюся область нанотехнологий. На пути ее развития имеются проблемы, которые условно можно разделить на физико-технологические, математические и информационно-вычислительные. К последним относится вопрос: каким образом можно управлять квантовым компьютингом с максимальной эффективностью.

Для работы квантового вычислительного устройства необходимы так называемые запутанные состояния, которые важны также для квантовой телепортации и криптографии, поэтому изучение запутанности является одной из основных целей квантовой информатики. В общем случае безопасная обработка информации в квантовом регистре должна основываться на управлении кубитами (квантовыми битами), составляющими его начинку.

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 (или ) - в обозначениях Дирака и - это базовые состояния. В общем случае квантовое состояние кубита находится "между" базовыми и записывается, в виде , где |a|І и |b|І -вероятности измерить 0 или 1 соответственно; ; |a|І + |b|І = 1. Более того, сразу после измерения кубит переходит в базовое квантовое состояние, аналогичное классическому результату.

Есть такое понятие, как квантовая телепортация. Суть квантовой телепортации заключается в передачи состояния объекта на расстояние, сам объект при этом не перемещается. Получается, что та телепортация, о которой столько писали фантасты, пока остается не более чем фантастикой. Квантовая же телепортация была описана еще Эйнштейном. Правда, сам ученый в нее не верил, хотя она не противоречила никаким законам физики. По мнению великого ученого, квантовый эффект, экспериментального подтверждения которого добились наши современники, должен был привести к полному абсурду. Однако приведет он, как нам теперь говорят, к созданию совершенно нового поколения компьютеров.

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.

Перейти на страницу: 1 2

Еще статьи

Математическая модель приводов наведения видеокамеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях
Составить математическую модель приводов наведения видеокамеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Предварительно необходимо выбрать передаточные отношения редукторов. Провести синтез корректирующего устройства. Необходимо обеспечить следующие выходные параметры: Максимальная угловая с ...

Все права защищены! 2020 - www.techshape.ru