Квантовый компьютер

Перспективы создания оптических квантовых компьютеров 214-216] вызвали интерес к квантовой оптике [217, 218], имеющей дело с очень слабыми световыми пучками, детектирование которых осуществляется в режиме счёта одиночных фотонов. [c.189]

Физика квантового компьютера базируется на том обстоятельстве, что в квантовой механике возможны суперпозиции энергетических состояний. Квантовая система с двумя базисными состояниями ( 0) и 1)), названная кубитом, позволяет закодировать в них числа О и 1. Поэтому цепочка из N кубитов позволяет закодировать ]У-значное число при условии, что каждый из кубитов находится в одном из двух базисных состояний. Однако ситуация существенно меняется в случае, когда каждый из кубитов находится в суперпозиционном состоянии. [c.190]

Лазерное охлаждение ЯМР-квантового компьютера 199 [c.199]

Лазерное охлаждение полупроводникового ЯМР-квантового компьютера О [c.199]

Величину взаимодействия электронного спина атома В и ядерного спина атома А авторы работы [249] предлагают контролировать за счёт включения и выключения лазерного импульса в световоде. Волновая функция возбуждённого состояния электрона атома В способна сильно перекрываться с ядрами атома А. Из рис. 6.8 видно, что затворы также образуют регулярную решётку и путём изменения напряжения на затворах можно изменить направление лепестков перекрывания с ближайшими атомами А, расстояние между которыми должно быть порядка 20 нм. Существенной является возможность селективного управления отдельным кубитом в условиях воздействия на световод лазерным импульсом с круговой поляризацией. Настройка в резонанс конкретного атома В возможна из-за штарковского сдвига его частоты перехода на затворе, расположенном вне световода над атомами В. Проблема лазерного охлаждения данного полупроводникового квантового компьютера может быть решена так, как это предлагается в патенте [21] и в работах [28, 29]. Имеются некоторые предпосылки считать (см., напр., работу [250]), что в качестве хладагента могут быть выбраны атомы кремния, возбуждение которых можно выполнять на длине волны 620 нм. [c.202]

Идея квантового компьютера восходит к работам [c.53]

Теоретические предложения по квантовым компьютерам, основанным на ионных ловушках или КЭД резонаторов [c.53]

Линейные ловушки Пауля стали очень популярными в последние годы благодаря их потенциальным возможностям для реализации квантового компьютера. Они берут своё начало от фильтра массы, предложенного в работе [c.559]

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]

Далее, параллельной обратимой классической вычислительной операцией У-регистр заполняется значениями /(х). Хотя соответствующая операция может быть классической, она должна выполняться квантовым компьютером, чтобы упомянутая выше суперпозиция превратилась в суперпозицию вида [c.134]

Применения Ф. э. весьма разнообразны. Око используется в нелинейной спектроскопии для измерения времён релаксации, исследования тонкой и сверхтонкой структур квантовых уровней энергии, изучения параметров столкновений в газах, идентификации типов квантовых переходов и т. д. Перспективны приложения эффектов Ф. э. в динамической голографии, в системах оптической обработки информации, в частности в системах оперативной памяти в оптических компьютерах, и т. д. [c.355]

Несмотря на все сложности, такой подход получил, особенно в последнее время, широкое распространение. Ведь только на его основе возможно истинное прогнозирование свойств сплавов. Не в последнюю очередь его растущая популярность связана с появлением быстродействующих компьютеров, которые делают реальным выполнение чудовищных расчетов. К сожалению, более подробно рассказать о квантовой теории сплавов мы не можем, так как эта тема, несомненно, заслуживает отдельной книги. [c.195]

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]

Описание процессов соударения тяжелых ядер с помощью квантовой теории — слишком сложная задача. Можно упростить вычисления, аппроксимировав рассматриваемое явление каскадным процессом. Пренебрегая взаимодействием нуклонов друг с другом в ядрах и рассматривая каждое ядро как мешок с шарами , можно попытаться рассчитать траекторию бомбардирующего ядра, считая, что каждый из нуклонов этого ядра движется по прямой линии до встречи с другим нуклоном, принадлежащим ядру мишени. С помощью компьютера можно смоделировать траектории нуклонов и рассмотреть всевозможные их начальные конфигурации, чтобы создать модель всего явления. Но такой метод пригоден только для сравнительно легких ядер. [c.247]

В этой ситуации состояние всей цепочки кубитов можно описать как суперпозицию из 2 двоичных чисел с N знаками. При обработке информации (записанной в двоичных числах) в такой цепочке кубитов, с ней будет совершаться последовательность унитарных преобразований, причём параллельно будет обрабатываться все 2 вариантов исходных данных. Итак, в такой цепочке кубитов реализуется квантовый параллелизм , существенно сокращающий время квантовых вычислений. Согласно [224], состояние квантового компьютера является суммой огромного числа слагаемых, каждое из которых представляет собой произведение состояний вида 0) или 1), т. е. на языке А. Эйнштейна, Б. Подольского и Н. Розена [225] такое состояние квантового компьютера является сложным перепутанным состоянием. При операции обработки информации над этим состоянием производится серия конкретных унитарных преобразований, а затем осуществляется измерение нового полученного состояния. В итоге мы убедились, что работа квантового компьютера базируется на операциях с перепутанными состояниями цепочки кубитов. Одна из трудностей создания квантового компьютера состоит в обеспечении квантовой когерентности большого числа кубитов (например, атомов или ионов), подразумевающей отсутствие любых неконтролируемых взаимодействий кубитов друг с другом, а также со средой. Эти взаимодействия вызывают быстрый распад суперпозиционных состояний и превращение их в смесь состояний (этот процесс получил название декогеренция ). Способы устранения декогеренции обсуждаются в обзоре [226]. Существенный вклад в развитие теории квантовой информации внёс Б. Б. Кадомцев [227]. Полезное обсуждение физических основ современных информационных процессов содержится в издании [228]. В целом, ситуация с созданием твердотельных квантовых процессоров сложная и подавляющее число работ в этом направлении посвящено обсуждению физических принципов их функционирования. Остановимся на некоторых возможных вариантах оптических процессоров, с помощью которых предполагается реализовать операции квантовой логики. [c.190]

Схема квантового компьютера в модели Кейна работает при температурах Т 0,1 К, которая существенно ниже, чем температура вымораживания орбитальных электронных состояний донорных ато- [c.199]

Рис. 6.6. Иллюстрация двух ячеек полупроводниковой структуры, предложенной Б. Кейном для ЯМР-квантового компьютера [247]. Роль барьера выполняет плёнка окиси кремния, а роль носителя информации — кристаллическая плёнка бесспинового изотопа кремния Si, в которую внедрены атомы стабильного изотопа фосфора Р, обладающие ядерным спинов I = 1/2. А-затворы контролируют резонансную частоту атомов фосфора, играющих роль кубитов, а J-затворы контролируют взаимодействие двух соседних кубитов через сверхтонкое взаимодействие с их электронами благодаря частичному перекрыванию (гибридизации) электронных волновых функций. Интервал между А-затворами порядка 20 нм. Величина электрического напряжения на затворах не превышает 1 В

Рис. 6.7. Схема спинового рефрижератора , повышающего эффективность работы квантового ЯМР-компьютера. Вход и выход символизируют начало и конец операции получения высокополяризованного состояния электронных пар из электронов с умеренной поляризацией. КТ означает квантовую точку (или каскад таких точек), в которых получаются электронные пары в триплетном состояниях и происходит сортировка пар. Синглетные пары с нулевой поляризацией направляются в тепловой резервуар и не влияют на работу квантового компьютера. Высокополяризованные триплетные пары направляются на выход спинового рефрижератора , а из него на вход квантового компьютера,

В заключение остановимся на двух последних работах по созданию твердотельных квантовых компьютеров. Одна из них [251], — экспериментальная, посвящена реализации квантового алгоритма Дойча-Джозса на квантовых точках в полупроводнике Ыо зОао зАз МВБ, находящемся в гелиевом криостате при 5 К. Возбуждение осуществлялось импульсами титан-сапфирового лазера длительностью 5 пс. Результат реализации алгоритма Дойча-Джозса детектировался в виде сигналов интегральной фотолюминесценции от множества квантовых точек за один и тот же интервал времени с помощью спектрометра на основе ССО-матрицы, охлаждённой до температуры жидкого азота. [c.202]

Недавно было предложено использовать квантовые степени свободы для хранения информации. Действительно, внутренние состояния атома или иона можно использовать в качестве кубитов. Очевидно, можно использовать также и суперпозицию основного и возбуждённого состояний. Это аналогично так называемому оптическому компьютеру, выгода которого основана единственно на интерференционных свойствах классических электромагнитных полей. В так называемом квантовом компьютере добавляется еш,ё и квантовый компонент, когда мы используем перепутывание. Это может приводить к экспоненциаль- [c.45]

Однако, квантовый компьютер, состояш,ий из большого числа ионов в ловушке, еш,ё не реализован. Одна из многих бросаюш,их вызов проблем состоит в том, чтобы охладить все ионы в ловушке до основного состояния. Недавно до основного состояния были охлаждены два иона, находяш,иеся в определённой колебательной моде. [c.47]

Удержание в течение длительного времени отдельных ионов в ловушке открывает разнообразные новые возможности в лазерной спектроскопии. Кроме того, одиночный захваченный ион представляет собой уникальный объект для проверки фундаментальных законов квантовой механики. Так, например, динамика иона в ловушке Пауля наложила строгие ограничения на нелинейную версию квантовой механики. Квантовые скачки, которые были одной из главных тем ранних дискуссий между Бором и Шрёдингером по поводу квантовой механики, наблюдались в прямых экспериментах и в настояш,ее время используются для контроля внутренней динамики иона. Недавно одиночный ион, находяш,ийся в ловушке Пауля, был использован для реализации квантового гейта, а цепочка из многих ионов в линейной ловушке может рассматриваться как обеш,аюш,ий компонент при создании квантового компьютера. Кроме того, экспериментальная генерация неклассических состояний движения иона в ловушке Пауля обозначила новую эпоху в области приготовления квантовых состояний. В виду важности ловушки Пауля, проиллюстрированной на приведённых примерах, мы посвяш,аем данную главу обсуждению физики этого замечательного прибора. [c.525]

Тем не менее операции обработки информации в квантовом компьютере сходны с аналогичными операциями в классическом компьютере. Логические диаграммы квантового компьютера могут быть также представлены в виде совокупности логических блоков, или "ворот", соединенных между собой "проводами". При обработке квантовой информации ворота (gates) производят унитарные преобразования, а провода переносят кубиты без изменений. Оказывается, что для построения логических схем любой архитектуры достаточно [c.132]

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]

Наиб, важное событие совр. О.— эксперим. обнаружение и создание методов генерации вынужденного излучения атомов и молекул. Вынужденно испущенный фотон дублирует фотон, вызвавший переход, и, если имеется активная среда с инверсией населённости, этот процесс может многократно повторяться — происходит усиление нач. светового потока. Добавление к такому квантовому усилителю оптич. обратной связи превращает его в оптич. квантовый генератор (лазер). Первые квантовые генераторы (в сантиметровом диапазоне длин волн — мазеры) были созданы А. М. Прохоровым, Н. Г. Басовым и Ч. Таунсом ( h. Н. Townes) в 1954. В наст, время (90-е гг.), используя разл. методы получения инверсной населённости, строят лазеры на твёрдых, жидких, газообразных и плазменных средах. Их появление стимулировало дальнейшее развитие традиц. областей О. и привело к возникновению совершенно новых научных и техн. направлений (нелинейная и параметрич. О., оптич. обработка материалов), сделало возможным практич. реализацию и широкое применение ранее высказанных идей (голография, У ТС, оптич, компьютер). [c.422]

Большинство предложенных схем квантовых двухкубитных вентилей квантовых ЯМР-компьютеров (см., напр., [242],[243]) основано на использовании двух спинов 1/2, связанных скалярным обменным взаимодействием, которое необходимо включать и выключать в заданные моменты времени. Процесс включения и, особенно, выключения обменного взаимодействия основан на применении сложных многоимпульсных последовательностей, которые удлиняют время квантовых вычислений. В 1999 году А. Р. Кесселем и В. Л. Ермаковым [244 [c.197]

Теперь остановимся на модифицированном варианте полупроводникового квантового ЯМР-компьютера Кейна, у которого индивидуальное обращение к кубитам управляется не электрическими, а лазерными импульсами [249]. Как справедливо отмечено в монографии [216], этот вариант позволяет избежать использования наноэлектронных измерительных устройств для трудновыполнимого измерения состояний отдельных кубитов (ядерных спинов). В качестве носителя информации предлагается использовать световод (на кремниевой подложке) на основе того же бесспинового кремния 51. В этот световод необходимо внедрить два сорта донорных атомов А В регулярно (с одинаковым шагом), но цепочки атомов Аи В сдвинуты друг относительно друга на [c.201]

Для экситонов, локализованных в квантовой яме (случай d = 2), это выражение отличается от (4.29) лишь заменой коэффициента А на А = А+ Х. Кинетическая теория позволяет не только находить положение пика, но и рассчитать форму спектра фотолюминесценции. Добавляя в уравнение (4.30) слагаемое df e,r)/dt, можно решать и нестационарные задачи, однако временнйя эволюция спектра фотолюминесценции находится только путем численного расчета на компьютере. Результаты расчета хорошо аппроксимируются зависимостью [c.151]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...