Типы квантовых компьютеров

Строго говоря, можно выделить два типа квантовых ком­пьютеров. И те, и другие основаны на квантовых явлениях, только разного порядка.

Представителями первого типа являются, например, компьютеры, в основе которых лежит квантова­ние магнитного потока на наруше­ниях сверхпроводимости - Джозефсоновских переходах. На эф­фекте Джозефсона уже сейчас де­лают линейные усилители, аналого-цифровые преобразователи, СКВИДы и корреляторы. Известен проект создания RISC-процессора на RSFQ-логике (Rapid Single Flux Quantum). Эта же элементная база используется в проекте создания петафлопного (10¹⁵ оп./с) компью­тера. Экспериментально достиг­нута тактовая частота 370 ГГц, ко­торая в перспективе может быть доведена до 700 ГГц. Однако время расфазировки волновых функций в этих устройствах сопоставимо со временем переключения отдель­ных вентилей, и фактически на но­вых, квантовых принципах реали­зуется уже привычная нам элемент­ная база - триггеры, регистры и другие логические элементы.

Другой тип квантовых компью­теров, называемых еще квантовы­ми когерентными компьютерами, требует поддержания когерентно­сти волновых функций исполь­зуемых кубитов втечение всего вре­мени вычислений - от начала и до конца (кубитом может быть лю­бая квантомеханическая система с двумя выделенными энергетиче­скими уровнями). В результате, для некоторых задач вычислительная мощность когерентных квантовыхкомпьютеров пропорциональна 2^N , где N - число кубитов в компью­тере. Именно последний тип уст­ройств имеется в виду, когда го­ворят о квантовых компьютерах.

3.1.Проблемы исправление ошибок в квантовых компьютерах

Если упрощать, ошибки в квантовых компьютерах можно разделить на два уровня. Первый — это ошибки, которые совершают любые компьютеры, в том числе классические. В памяти компьютера может появиться ошибка, когда 0 непроизвольно меняется на 1 из-за внешнего шума — например, космических лучей или радиации. Эти ошибки решить легко, все данные проверяют на предмет таких перемен. И с этой проблемой в квантовых компьютерах как раз недавно справились в Google: они стабилизировали цепочку из девяти кьюбитов и избавили её от ошибок. В этом прорыве есть, впрочем, один нюанс: Google справились с классическими ошибками в классических вычислениях. Есть второй уровень ошибок в квантовых компьютерах, и его гораздо сложнее понять и объяснить. Кьюбиты крайне нестабильны, они подвержены квантовой декогеренции — это нарушение связи внутри квантовой системы под воздействием окружающей среды. Квантовый процессор нужно максимально изолировать от окружающего воздействия (хотя декогеренция происходит иногда и в результате внутренних процессов), чтобы свести ошибки к минимуму. При этом от квантовых ошибок невозможно избавиться полностью, — но если сделать их достаточно редкими, квантовый компьютер сможет работать. При этом некоторые исследователи считают, что 99% мощности такого компьютера как раз направят на устранение ошибок, но и оставшегося 1% хватит для решения любых задач. По мнению физика Скотта Ааронсона, достижение Google можно считать третьим с половиной шагом из семи, необходимых для создания квантового компьютера, — иначе говоря, мы прошли половину пути.

Заключение

Окончательный вывод о том, какие из вариантов окажутся в конце концов реализованными в полномасштабном квантовом компьютере сейчас сделать пожалуй не представляется возможным. Для этого предстоит преодолеть еще много уже известных и еще неизвестных трудностей. Однако, в любом случае появление квантовых компьютеров будет означать революцию не только в вычислительной технике, но также и в технике передачи информации, в организации принципиально новых систем связи типа квантового Интернета и может быть началом развития новых пока неизвестных областей Науки и Техники.

Новая техника XXI века рождается путем синтеза новых идей в математике, физике, информатике, технологии. Исключительные возможности квантовых компьютеров будут способствовать и еще более глубокому пониманию физических законов в Природе. Построение квантовых компьютеров было бы еще одним подтверждением принципа неисчерпаемости Природы: Природа имеет средства для осуществления любой корректно сформулированной задачи.

Список используемой литературы:

1.Манин Ю.И. Вычислимое и невычислимое. - М.: «Советское Радио», 1980.

2.Фейнман Р. Моделирование физики на компьютерах. Сборник «Квантовый компьютер и квантовые вычисления» Выпуск 2. - Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 1999.

3.Фейнман Р. Квантомеханические компьютеры. Сборник «Квантовый компьютер и квантовые вычисления» Выпуск 2. - Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 1999.

4.Валиев К.А. Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. - Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 2001

5.Риффель Э. Полак В. Основы квантовых вычислений. Научный журнал «Квантовый компьютер и квантовые вычисления» №1. – 2000

6. Китаев A.Ю. Квантовые вычисления: алгоритмы и исправление ошибок. //Успехи математических наук.

7. Вестник РАН, 2000, т.70, N.8