ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Квантовые вычисления из "Динамика и информация " Идея квантовых вычислений была высказана в начале 80-х годов, но только в самые последние годы стали появляться экспериментальные возможности для их реализации [40]. Сама идея очень проста. Ведь в обычных классических компьютерах приходится иметь дело с ячейками памяти или элементами логики, которые содержат только один бит информации. Такая ячейка имеет только два состояния 1 или 0. В квантовой механике имеется множество примеров систем с двумя состояниями или уровнями поляризация света, направление спина частицы и т.д. Поэтому элементарное состояние, одиночное или выбранное из большего числа реализацией, всегда имеется под руками. Остается только продумать устройство, в котором с квантовыми состояниями можно было бы обращаться почти так же, как с битами в обычных компьютерах. В отличие от обычного бита. [c.130] Кроме того, пара кубитов может существовать в запутанном состоянии, таком, например, как синглетное состояние = ( 01) - Щ)/у/2. При этом ни один из кубитов не находится в определенном состоянии. В общем виде можно представить себе очень много кубитов, находящихся в состоянии линейной суперпозиции с комплексными коэффициентами. Квантовый процессинг (pro essing) данными представляет собой набор унитарных преобразований, действующих на такого рода суперпозиции. [c.131] Что касается логических квантовых ворот, то их экспериментальная реализация была продемонстрирована совсем недавно [44,45] (см. также [46,47]). Как действуют такие ворота, проще всего разобрать на примере устройства [44], где использовался один единственный ион В, находящийся в радиочастотной ионной ловушке. Ионы настолько сильно охлаждены, что могут занимать только два осцилляторных уровня продольных колебаний в ловушке. Эти уровни, раздвинутые друг от друга на 11 МГц, служат двумя состояниями, 0f-), V), управляющего кубита. Управляемый кубит (target qubite) состоит из двух уровней, 0я), 1я) сверхтонкой структуры иона в основном состоянии. Расстояние между этими уровнями, равное 1250 МГц, лежит в радиодиапазоне, но в условиях эксперимента соответствующие переходы возбуждались двумя лазерами на частоте их биений. [c.133] Таким образом, два бита системы создаются четырьмя уровнями 0 ) 0я), 1к) 0я), 0к 1я) и l ) lя). Если лазеры настроить точно на частоту 1250 ГГц, то переходы между двумя уровнями сверхтонкой структуры не затронут осцилляторные уровни. Но если эту частоту сдвинуть вверх или вниз на 11 МГц, то переходы между сверхтонкими и осцилляторными уровнями будут происходить одновременно. Подбором частоты и длительности импульсов можно осуществить операцию квантовой ячейки в режиме управляемого — НЕТ (более подробный анализ функционирования такой ячейки имеется в статьях [44, 47]). [c.133] Эксперименты [44] показали, что такая ячейка может работать с эффективностью около 90%. Этого вполне достаточно для первой демонстрации эффекта, но для его практического использования потребуется еще большая дополнительная работа. [c.133] Квантовые компьютеры, использующие большие квантовые регистры в состояниях суперпозиции, могут представлять интерес для решения задач, где требуется иметь огромный параллелизм. Например, как было показано Шором [48], идеальный квантовый компьютер может весьма эффективно использоваться для разбиения больших целых чисел на множители. Идея нахождения делителя большого числа может быть изложена следующим образом. [c.133] Величина у пока равна нулю. [c.134] Все шаги, кроме самого последнего, представляют собой унитарные преобразования, которые могут производиться квантовым компьютером, собранным из элементарных квантовых логических ячеек. Однако число соответствующих ячеек очень велико, даже при не очень больших числах N. Поэтому практическая реализация вычислительных программ, выполняемых квантовыми компьютерами, вызывает большие сомнения [49, 50]. Дело в том, что при большом числе ячеек происходит фактически переход к непрерывному спектру, когда квантовая система становится исключительно чувствительной к любым процессам декогерентности. Не исключено, что на пути к квантовому компьютеру придется прежде всего встретиться с изучением самих механизмов декогерентности, что может представлять собой самостоятельный интерес. [c.135] Вернуться к основной статье