Презентация по курсовой работе на тему "Квантовый компьютер"
 Скачать 3.28 Mb.
|
|
Презентация по курсовой работе на тему: “Квантовый компьютер” Выполнил студент группы Ни-31 Смирнов Кирилл Введение Цифровые электронные компьютеры, широко используемые в настоящее время, созданы с помощью полупроводниковых технологий. Такие компьютеры обычно представляют собой совокупность элементов только с двумя возможными логическими состояниями «0» и «1» — так называемыми «битами». Такие компьютеры, в которых логические операции производятся с этими классическими, с точки зрения физики, состояниями в настоящее время принято называть классическими. Каждое состояние квантовой системы в отличие от классической может находиться в состоянии суперпозиции. В терминах классического компьютера квантовый бит, или кубит, в соответствии с законами квантовой механики может находиться одновременно в состоянии «0» и «1». Предпосылки создания квантового компьютера Основной предпосылкой создания квантового компьютера было ускорение вычислений. Таким образом возникает новая отрасль вычислений – квантовые вычисления. Квантовые вычисления (КВ) - это, как можно догадаться, вычисления на квантовом компьютере. Все квантовые вычисления делятся на кубиты. В свою очередь кубиты представляют собой 0 и 1. Кубит состоит из нескольких 0 и 1. В отличии от бита, он гораздо быстрее 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. Другой тип квантовых компьютеров, называемых еще квантовыми когерентными компьютерами, требует поддержания когерентности волновых функций используемых кубитов в течение всего времени вычислений - от начала и до конца Математические основы функционирования квантовых компьютеров Основным элементом квантового компьютера (КК) являются квантовые биты, или кубиты (от QuantumBit, qubit). Обычный бит - это классическая система, у которой есть только два возможных состояния. Можно сказать, что пространство состояний бита - это множество из двух элементов, например, из нуля и единицы. Кубит же - это квантовая система с двумя возможными состояниями. В такой системе можно выполнять унитарные преобразования пространства состояний системы. С точки зрения геометрии такие преобразования - прямой аналог вращении и симметрий обычного трехмерного пространства. Согласно принципу суперпозиции вы можете складывать состояния, вычитать их, умножать на комплексные числа. Эти состояния образуют фазовые пространства. При объединении двух систем полученное фазовое пространство будет их тензорным произведением. Эволюция системы в фазовом пространстве описывается унитарными преобразованиями фазового пространства. Главная проблема создания Квантового компьютера Главная проблема на пути создания квантовых компьютеров — декогеренция кубитов, приводящая к потере состояния суперпозиции под действием внешних факторов (излучений, тепла, вибраций). Для многих типов кубитов время, в течение которого они могут оставаться в заданном состоянии, измеряется миллисекундами. При этом необходимо учесть, что для вычислений кубиты квантового компьютера должны взаимодействовать друг с другом, что тоже потенциально может вызвать декогеренцию. Эта проблема сильно усложняется, когда речь идет о многокубитных устройствах. Инженеры и физики сегодня всеми способами стремятся увеличить время жизни кубитов, чтобы это позволило успеть просчитать нужную задачу. Однако полностью избавиться от декогеренции невозможно Принципы физической реализации 1.Твердотельные квантовые точки на полупроводниках: в качестве логических кубитов используются либо зарядовые состояния (нахождение или отсутствие электрона в определённой точке), либо направление электронного и/или ядерного спина в данной квантовой точке. Управление через внешние потенциалы или лазерным импульсом. 2. Сверхпроводящие элементы (джозефсоновские переходы, СКВИДы и др.). В качестве логических кубитов используются присутствие/отсутствие куперовской пары в определённой пространственной области. Управление: внешний потенциал/магнитный поток. 3.Ионы в вакуумных ловушках Пауля (или атомы в оптических ловушках). В качестве логических кубитов используются основное/возбуждённое состояния внешнего электрона в ионе. Управление: классические лазерные импульсы вдоль оси ловушки или направленные на индивидуальные ионы + колебательные моды ионного ансамбля. 4.Смешанные технологии: использование заранее приготовленных запутанных состояний фотонов для управления атомными ансамблями или как элементы управления классическими вычислительными сетями. 5.Оптические технологии: использование генерации квантовых состояний света, быстрого и перенастраиваемого управления этими состояниями и их детектирование. Примеры квантового компьютера Настольный квантовый компьютер SpinQ Новое творение SpinQ базируется на так называемом явлении «ядерного магнитного резонанса» (ЯМР). Несмотря на отпугивающее название, эта технология достаточно хорошо изучена и в настоящее время широко используются химиками для изучения структуры вещества. Кроме того, ЯМР применяется и в медицине – в этой области она используется для проведения неинвазивного исследования внутренних органов пациентов (ЯМР-спектроскопия, магнитно-резонансная томография (МРТ). Несмотря на то, что устройство SpinQ обрабатывает только два кубита, оно способно выполнять ряд типичных квантовых вычислений. Например, оно может реализовать версию алгоритма Гровера, который может выполнять поиск в базе данных быстрее, чем классический поисковый алгоритм. Квантовый компьютер SpinQ SpinQ Квантовый компьютер D-Wave2000 Квантовые вычисления - это очень сложная отрасль информатики, которая в один прекрасный день кардинально изменит работу всех компьютеров. Передовик этой технологии - канадская компания D-Wave, которая в прошлом году выпустила самый мощный в мире квантовый вычислительный чип с более чем 2000 кубитами (квантовыми битами). Вывод Таким образом, квантовые компьютеры обязательно появятся. По меньшей мере, это будут самые совершенные вычислительные устройства, а современные нам компьютеры устареют. Квантовые вычисления берут свое начало в весьма специфических областях теоретической физики, но их будущее, несомненно, окажет огромное воздействие на жизнь всего человечества. Нельзя сказать, что квантовые компьютеры целиком вытеснят классические, однако в определенных сферах данный тип вычислителей сможет значительно улучшить выполнение специфичных задач Спасибо за внимание |