XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Если рассматривать 1980-е как начало нового пути в компьютерной индустрии, то мы будем верны. Юрий Манин один из первых высказал идею квантовых вычислений. Не долго себя заставила ждать модель квантового компьютера предложенная Ричардом Фейнманом она была одной из первых моделей компьютера использовавших квантовую логику и квантовые способы вычисления. Квантовый компьютер оперирует не битами как классический, а кубитами.

Кубит — квантовый заряд который используется в квантовом компьютере как наименьший элемент для хранения информации.

Рис 1. - Наглядное изображение бита и кубита.

Квантовая суперпозиция – суперпозиция состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения, это суперпозиция альтернативных(взаимоисключающих) состояний.

Бит – может занимать только два состояния, например: 1 или 0, + или-, да или нет, и так далее. Он не может принимать промежуточные значения между ними. Мы же не можем с помощью выключателя света, включить наполовину свет в комнате. Выключатель будет находиться в только в позиции включен или выключен, и заставить выключатель с одним тумблером «зависнуть» между состояний включения и выключения достаточно трудно.

Рис 2. – Выключатель.

В свою очередь кубит – это любая вещь способная занимать любое положения между двумя «крайними» состояниями. Например, если бит может занимать только 1 или 0, то кубит может быть равен 0,634 или любому другому значению. Что бы было понятнее его можно представить как регулятор громкости. Из выключенного состояния(min) поворотом ручки происходит сначала включение приемника, а после и нарастание громкости до её предела(max). Громкость сможет принять любое значение между min и max громкости.

Рис 3. – Ручка громкости.

Главный факт заставляющий ученых всего мира пыхтеть над созданием квантового компьютера – его скорость обработки огромного массива данных. Он способен быстро производить моделирование сложных систем и моментально производить разного рода вычисления (например: раскладывать на множители огромные числа, но об этом чуть позже). Чем же нас может порадовать квантовый компьютер? Какие задачи он будет решать? С помощью него возможно будет оптимизировать множество процессов. В медицине станет возможным обнаружить рак на ранней стадии. При классическом МРТ аппарат производит ряд измерений, а затем, используя различные вычислительные алгоритмы производит реконструкцию изображения, но зачастую алгоритмы (а их не много не мало несколько тысяч) не могут правильно откалибровать томограф. Однако это довольно простая задача для квантового компьютера. А также это творение перевернет: машиностроение, молекулярное моделирование, финансовое моделирование, совершит переворот в криптографии. Вся криптография в наше время построена на том, что никто не в силах достаточно быстро разложить число в 30 знаков на простые числа(множители). Да, конечно и обычный компьютер справиться с такой задачей, но ему для этого понадобиться несколько миллиардов лет. Компьютер основанный на принципах квантовой суперпозиции решит эту задачу за треть минуты.

Типы квантового компьютера.

Устройство для квантового отжига

Аналоговый квантовый компьютер

Универсальный квантовый компьютер

1)Устройство для квантового отжига, имеет ограниченное применение. Его легче спроектировать и построить чем квантовые компьютеры других типов, но он способен выполнять лишь ограниченный круг задач, связанных с оптимизацией процессов. Большинство экспертов поддаются сомнению что такое устройство может иметь преимущества над классическим компьютером.
2)Аналоговый квантовый компьютер, его возможности позволят проводить симуляцию сложных квантовых взаимодействий недоступных на любом классическом компьютере. Считается, что в процессоре будет содержаться от 50 до 100 кубитов. Может быть применен в квантовой химии, разработке новых материалов, задачи на оптимизацию, сэмплирование и квантовая динамика. Имеет высокую вычислительную мощность.

Рис 4. – Квантовый компьютер IBM

Рис 5. – Квантовый компьютер IBM

3)Универсальный квантовый компьютер более мощная и более пластичная в плане вычислительных процессов тип квантового компьютера. Существенная масса технических трудностей вынудило разрабатывать это устройство. По оценкам профессионалов данной области, в его процессоре должно иметься более 100000 кубитов. В добавок к тому что будет выполнять аналоговый квантовый компьютер он может быть применен в дешифровке и криптоанализе, машинном обучении, а так же безопасно вычислять без погрешностей. Полная универсальность, с высокой скоростью относительно классических компьютеров. Весьма высокая вычислительная мощность.

Литература

Квантовое превосходство [Электронный реcурc]. – https://www.popmech.ru/gadgets/434522-kvantovoe-prevoshodstvo-vsyo-o-kvantovyh-kompyuterah/#part1– зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 2.01.2020)

У кого кубитов больше? [Электронный реcурc]. – https://nplus1.ru/material/2019/11/07/quantum-advantage– зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 2.01.2020)

Архитектура [Электронный реcурc]. – https://skurlatov.livejournal.com/4368687.html – зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 2.01.2020)

Какие задачи решает квантовый компьютер [Электронный реcурc]. – https://zen.yandex.ru/media/aiqcnt/zachem-nujen-kvantovyi-kompiuter-i-kakie-zadachi-on-reshaet-ekspertnoe-mnenie-5d89a2793f548700ad364f88

https://www.isp.nsc.ru/sobytiya/novosti?task=view&id=573– зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 2.01.2020)

Электронная библиотека. Лекции Фейнмана по физике. Квантовая механика [Электронный реcурc]. –.http://librams.ru/serie-1485.html– зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 27.12.2019)

Квантовый компьютер [Электронный реcурc]. – https://rb.ru/story/quantum-day/– (дaтa обрaщения: 4.01.2020)

Код для цитирования: Скопировать