Материал портала ядерных знаний BelNET
статья/документ по запросу ресурса "1587"
Новости Фермилаб и SLAC - От битов к кубитам На сайте совместных публикаций Фермилаб/SLAC "Symmetry Magazine" опубликован материал "From bits to qubits" - "От битов к кубитам".
Первый настольный компьютер был изобретен в 1960-х годах. Но вычислительные технологии существуют столетия. Счеты — это древний компьютер. И современные компьютеры, и абаки используют базовые единицы информации, имеющие два состояния. В классическом компьютере двоичная цифра (бит), имеет значение 1 или 0, представленные переключателями в аппаратном обеспечении. На счетах скользящая бусина также может рассматриваться как «включенная» или «выключенная» в зависимости от ее положения (слева или справа на счетах с горизонтальными стержнями или вверх или вниз на счетах с вертикальными). Биты и бусины могут образовывать узоры, представляющие числа, а в случае компьютеров — буквы и символы. Что, если бусины на счетах могут располагаться между двумя позициями? Что, если переключатели в компьютере могут консультироваться друг с другом перед вычислением? Запутанность позволяет квантовому компьютеру выполнять сложную задачу за долю времени, которое потребовалось бы классическому компьютеру. Это фундаментальная идея квантовых компьютеров, которые используют странности квантовой механики для кодирования и обработки информации. Информация в квантовой механике хранится совершенно иначе, чем в классической механике, и именно отсюда берется ее сила. Вычислительные устройства разбивают числа на дискретные компоненты. Простые счеты могут состоять из трех рядов: один с бусами, представляющими 100, один с бусами, представляющими 10, и один с бусами, представляющими 1. В этом случае число 514 можно было бы обозначить, сдвинув вправо 5 бусин в 100-м ряду, 1 бусину в 10-м ряду и 4 бусины в 1-м ряду. Современный компьютер делает нечто подобное, считая по степени двойки вместо 10. В двоичном формате число 514 становится 1000000010. Чем сложнее задача, тем больше битов или времени требуется компьютеру для выполнения вычислений. Чтобы ускорить процесс, ученые на протяжении многих лет находили способы помещать в компьютер все больше и больше битов. Теперь у вас может быть один триллион транзисторов на маленьком кремниевом чипе, что далеко от древних китайских счетов. Но по мере того, как инженеры делают транзисторы все меньше и меньше, они начали замечать некоторые забавные эффекты. Биты, которые ведут себя классически, детерминированы: 1 есть 1. Но на очень малых масштабах в игру вступает совершенно новый набор физических правил. Мы приближаемся к квантовым пределам. По мере того, как масштабы классических вычислительных технологий становятся все меньше и меньше, эффекты квантовой механики больше нельзя игнорировать, и мы не хотим этого в классических компьютерах. Но квантовые компьютеры используют квантовую механику в своих интересах. Вместо того, чтобы предлагать решающие ответы, квантовые биты (кубиты) ведут себя как распределение вероятных значений. Кубиты могут быть сделаны из субатомных частиц, таких как электроны. Как и другие подобные частицы, электроны обладают свойством, называемым спином, который может существовать в одном из двух возможных состояний (спин вверх или спин вниз). Квантовые компьютеры обрабатывают информацию, пока кубиты еще не определились — где-то между вращением спина вверх и вращением вниз. Ситуация усложняется, когда кубиты начинают общаться друг с другом. Кубит может оказаться во множестве различных конфигураций. Запутанный массив n кубитов может существовать в 2n конфигурациях. Квантовый компьютер с 300 кубитами имеет 2300 конфигураций, что больше, чем количество частиц во Вселенной. Запутанность также является слабостью квантового компьютера. Электрон из блока питания или блуждающий фотон могут запутаться с кубитом и заставить его выйти из-под контроля... Полностью эту интересную статью можно прочитать здесь. Загрузить:
|
Вход, регистрация
