Kompjuter kwantistiku

Minn Wikipedija, l-enċiklopedija l-ħielsa
Aqbeż lejn: navigazzjoni, fittex
L-isfera ta' Bloch hi rappreżentazzjoni ta' qubit, il-blokka fundamentali għall-kompjuters kwantistiċi.

Kompjuter kwantistiku hu apparat ta' komputazzjoni li juża direttament fenomeni kwantistiċi, bħas-soprapożizzjoni[N 1] u t-taħbil[N 2], biex jaħdem fuq id-data[N 3]. Il-kompjuters kwantistiċi huma differenti mill-kompjuters diġitali li huma bbażati fuq tranżisters. Waqt li fil-kompjuters diġitali d-data trid tiġi kodifikata f'ċifri binarji (bits), il-kompjuters kwantistiċi jużaw il-proprjetajiet kwantistiċi biex jirrapreżentaw id-data u biex jagħmlu operazzjonijiet fuq din id-data.[1] Bħala mudell teoretiku hemm il-magna kwantistika ta' Turing [N 4], magħrufa wkoll bħala l-kompjuter kwantistiku universali. Il-kompjuters kwantistiċi għandhom proprjetajiet li jixbhu 'l dawk tal-kompjuters mhux deterministiċi u probabilistiċi, pereżempju l-ħila li jkun f'iżjed minn stat wieħed fl-istess ħin. Il-qasam tal-komputazjoni kwantistika introduċewh għall-ewwel darba Yuri Manin fl-1980[2] u Richard Feynman fl-1981.[3][4]

Minkejja li l-komputazzjoni kwantistika għadha fit-tfulitha, diġà twettqu xi esperimenti li fihom saru operazzjonijiet komputazzjonali kwantistiċi fuq numru żgħir ħafna ta' qubits.[5] Ir-riċerka fil-prattika u fit-teorija qiegħda tkompli u ħafna gvernijiet nazzjonali u aġenziji ta' finanzjament militari qegħdin jiffinanzjaw il-komputazzjoni kwantistika biex jiġu żviluppati kompjuters kwantistiċi għal skopijiet ċivili kif ukoll għas-sigurtà nazzjonali, bħall-krittanalisi.[N 5][6]

Il-kompjuters kwantistiċi fuq skala kbira 'l quddiem ħa jkunu kapaċi li jsolvu ċerti problemi ħafna iżjed malajr mill-kompjuters klassiċi anki meta dawn tal-aħħar jużaw l-aħjar algoritmi magħrufin bħal issa, bħall-fattorizzazzjoni tan-numri interi jew sħaħ permezz tal-algoritmu ta' Shor[N 6] u s-simulazzjoni ta' sistemi kwantistiċi b'ħafna korpi. Hemm algoritmi kwantistiċi li jiġru iżjed minn kull algoritmu klassiku probabbilistiku.[7] B'riżorsi komputazzjonali biżżejjed, kompjuter klassiku jista' jissimula kull logaritmu kwantistiku; il-komputazzjoni kwantistika ma tiksirx it-teżi ta' Church–Turing.[N 7][8] Però, il-bażi komputazzjonali ta' 500 qubit, pereżempju, diġà kbira wisq biex tiġi rappreżentata fuq kompjuter klassiku għax tkun trid 2500 valur kompless (2501 bit) maħżun.[9] (Għal paragun, terabyte ta' informazzjoni diġitali fiha 243 bit biss.)


Bażi[editja]

Il-kompjuter klassiku għandu memorja magħmula minn bits, fejn kull bit tirrappreżenta jew wieħed jew żero. Il-kompjuter kwantistiku għandu sensiela ta' qubits. Qubit jista' jirrappreżenta wieħed, żero u kull soprapożizzjoni kwantistika ta' dawn iż-żewġ stati tal-qubit; barra minn hekk, par qubits jista' jkun f'kwalinkwe soprapożizzjoni kwantistika ta' erba' stati, tliet qubits f'kwalinkwe soprapożizzjoni ta' 8 stati. In ġenerali, kompjuter kwantistiku b' n qubit jista' jkun f'soprapożizzjoni arbitrarja ta' 2n stat differenti fl-istess ħin, (waqt li kompjuter normali jista' jkun fi stat wieħed biss minn dawn it-2n stat f'waqt wieħed). Kompjuter kwantistiku jopera billi jiffissa l-qubits fi stat inizjali kkontrollat li jrrappreżenta l-problema ta' dak il-ħin u mbagħad jimmanipula dawn il-qubits b'sensiela fissa ta' bibien loġiċi kwantistiċi[N 8]. Is-sensiela ta' bibien li tiġi applikata jsejħulha "algoritmu kwantistiku". Il-kalkolu jintemm bil-kejl tal-istati kollha billi kull qubit jitwaqqa' f'wieħed miż-żewġ stati puri, u hekk ir-riżultat jista' jkun l-iżjed n bit klassiku ta' informazzjoni.

L-iżjed realizzazzjoni sempliċi tal-qubits għal kompjuter kwantistiku hi bl-użu ta' partiċelli b'żewġ stati ta' spin: "isfel" u "fuq" (is-soltu dawn jinkitbu |↓⟩ u |↑⟩, jew |0⟩ u |1⟩). Imma infatti kwalunkwe sistema li għandha kwantità osservabbli A, li hi konservata taħt l-evoluzzjoni tal-ħin u li hi hekk li A għandha mill-inqas żewġ awtovaluri diskreti wara xulxin li huma mbegħdin minn xulxin biżejjed, hi sistema adattata biex tkun realizzazzjoni ta' qubit. Dan hu hekk għax kull sistema bħal din nistgħu nassoċjawha ma' sistema effettiva ta' spin 1/2.

Bits kontra qubits[editja]

Kompjuter kwantistiku b'numru fiss ta' qubits hu differenti fundamentalment minn kompjuter klassiku magħmul mill-istess numru ta' bits klassiċi. Pereżempju biex nirrappreżentaw l-istat ta' sistema b' n qubits fuq kompjuter klassiku irridu naħżnu 2n koeffiċjenti komplessi. Minkejja li dan il-fatt jista' jindika li l-qubits jistgħu jikkontienu informazzjoni li hi ikbar esponenzjalment mill-ekwivalenti klassiċi, irridu noqgħodu attenti li ma ninsewx li l-qubits huma f'superimpożizzjoni probabbilistika tal-istati kollha tagħhom biss. Dan ifisser li meta jitkejjel l-istat finali tal-qubits, dawn ħa nsibuhom f'waħda mill-konfigurazzjonijiet li kienu fihom qabel il-kejl biss. Barra minn hekk, ikun żball li l-qubits inqisuhom fi stat wieħed partikolari qabel il-kejl ladarba l-fatt li l-qubits ikunu f'superimpożizzjoni ta' stati qabel sar il-kejl għandu effett dirett fuq ir-riżultati possibbli.

Qubits huma magħmulin minn partiċelli kkontrollati (pereżempju apparati li jaqbdu l-partiċelli u jbiddlulhom l-istat minn wieħed għal ieħor).[10]

Pereżemju: Ejjew inħarsu l-ewwel lejn kompjuter klassiku li juża reġistru ta' tliet bits. L-istat tal-kompjuter f'kull ħin hu distribuzzjoni probabbilistika fuq 23=8 sniesel differenti ta' tliet bits 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Fil-każ li l-kompjuter hu deterministiku, ikun f'wieħed minn dawn l-istati bi probabbiltà ta' 1. Imma jekk hu kompjuter probabbilistiku, jista' jkun f'kull "wieħed" minn numru ta' stati differenti. Nistgħu niddeskrivu dan l-istat probabbilistiku permezz ta' tmien numri mhux negattivi A,B,C,D,E,F,G,H (fejn A = probabbiltà li l-kompjuter hu fl-istat 000, B = probabbiltà li l-kompjuter hu fl-istat 001, eċċ.). Hemm ir-restrizzjoni li s-somma ta' dawn il-probabbilitajiet trid tkun 1.

Bl-istess mod l-istat ta' kompjuter kwantistiku ta' tliet qubits hu vettur ta' tmien dimensjonijiet (a,b,c,d,e,f,g,h) li jissejjaħ "ket". Imma minflok li s-somma ta' dawn in-numri hi 1, is-somma tal-kwadrat tal-moduli tal-koeffiċjenti, |a|2 + |b|2 + ... + |h|2 trid tkun ugwali għal 1. Barra minn hekk, il-koeffiċjenti jistgħu ikollhom valuri komplessi. Billi il-kwadrat assolut ta' dawn il-koeffiċjenti b'valuri komplessi jiddenotaw l-ampjezzi tal-probabbiltà tal-istati mogħtija, il-fażi bejn kull żewġ koeffiċjenti (stati) tirrappreżenta parametru li għandu tifsira. Dan jippreżenta differenza fundamentali bejn il-komputazzjoni kwantistika u l-komputazzjoni klassika probabbilistika.[11]

Jekk tkejjel it-tliet qubits, ir-riżultat ikun sensiela ta' tliet bits. Il-probabbiltà li l-kejl itik ċertu sensiela hi l-modulu kwadrat tal-koeffiċjent tas-sensiela (i.e., il-probabbiltà li r-riżulat ikun 000 = |a|2, il-probabbiltà li jkun 001 = |b|2, eċċ..). Mela, il-kejl ta' stat kwantistiku deskrit mill-koeffiċjenti komplessi (a,b,...,h) jirriżulta fid-distribuzzjoni probabbilistika klassika (|a|2, |b|2, ..., |h|2) u ngħidu li l-istat kwantistiku "jikkollassa" fi stat klassiku meta jitkejjel.

Ta' min jinnota li vettur bi tmien dimensjonijiet nistgħu nispeċifikawh b'ħafna modi differenti li jiddependu mill-bażi ti tkun għażilt għall-ispazju. Il-bażi ta' sniesel ta' bit (pereżempju 000, 001, ..., 111) hi magħrufa bħala l-bażi komputazzjonali. Il-bażijiet possibbli l-oħra huma vetturi ortogonali ta' tul ugwali għal 1 u l-awtovetturi tal-matriċi x ta' Pauli. In-notazzjoni Ket sikwit tintuża biex turi espliċitament l-għażla tal-bażi. Pereżempju l-istat (a,b,c,d,e,f,g,h) fil-bażi komputazzjonali jista' jinkiteb:

a|000⟩ + b|001⟩ + c|010⟩ + d|011⟩ + e|100⟩ + f|101⟩ + g|110⟩ + h|111⟩

u allura pereżempju |010⟩ = (0,0,1,0,0,0,0,0).

Il-bażi komputazzjonali ta' qubit wieħed (żewġ dimensjonijiet) hi |0⟩ = (1,0) u |1⟩ = (0,1).

Bl-użu tal-awtovetturi tal-operatur x ta' Pauli, qubit waħda tiġi |+⟩ = 2-1/2(1,1) u |-⟩ = 2-1/2(1,-1).

Operazzjonijiet[editja]

Waqt li stat klassiku ta' tliet bits u stat kwantistiku ta' tliet bits huma t-tnejn vetturi ta' tmien diminensjonijiet, dawn jiġu mmanipulati b'modi differenti għall-komputazzjoni klassika u kwantistika. Fiż-żewġ każi is-sistema trid tiġi mibdija, pereżempju fis-sensiela ta' żerijiet biss, |000⟩, li tikkorrispondi mal-vettur (1,0,0,0,0,0,0,0). F'komputazzjoni randomizzata klassika, is-sistema tevolvi skont l-applikazzjoni tal-matriċi stokastiċi, li jikkonservaw il-proprjetà li s-somma tal-probabbilitajiet hi wieħed. F'komputazzjoni kwantistika min-naħa l-oħra, l-operazzjonijiet possibbli huma l-matriċi unitarji, li effettivament huma tidwir (li jikkonservaw il-proprjetà li s-somma tal-kwadrati hi wieħed). Għalhekk, la tidwira tista' tiġi annullata b'tidwira bil-kontra, il-komputazzjonijiet kwantistiċi huma reversibbli.

Fl-aħħar meta jintemm l-algoritmu, irridu naqraw ir-riżultat. Fil-każ ta' kompjuter klassiku, nieħdu kampjun mid-distribuzzjoni probabbilistika fuq ir-reġistru ta' tliet bits biex niksbu sensiela ta' tliet bits waħda, ngħidu aħna 000. Fil-każ kwantistiku, inkejlu l-istat ta' tliet qubits, li hu bħalli kieku nikkollassaw l-istat kwantistiku għal distribuzzjoni klassika (fejn il-koeffiċjenti fl-istat klassiku huma l-moduli kwadrati tal-koeffiċjenti tal-istat kwantistiku, kif iddeskrivejna iżjed 'l fuq. Ninnotaw li dan jeqred l-istat kwantistiku li kien hemm oriġinalment. Ħafna algoritmi jagħtu riżultat korrett b'ċertu probabbiltà biss. Però il-probabbiltà li jkollna riżultat korrett nistgħu inżiduha billi nirrepetu kollox ħafna drabi.

Il-potenzjal[editja]

Jaħsbu li l-fattorizzazzjoni tal-interi[12] mhux komputazzjonalment possibbli b'kompjuter ordinarju għal numri sħaħ kbar jekk ma jkunux il-prodott ta' ftit numri primi (pereżempju l-prodott ta' żewġ numri primi bi 300 ċifra).[13] Min-naħa l-oħra, kompjuter kwantistiku jista' jsolvi din il-problema b'mod effiċjenti bl-użu tal-algoritmu ta' Shor biex isib il-fatturi tal-interi. B'din il-kapaċità kompjuter kwantistiku jkun jista' jiddekodifika ħafna mis-sistemi krittografiċi li nużaw illum, fis-sens li jkun hemm algoritmu li jsolvi l-problema fi żmien polinomjali (fin-numru ta' ċifri tan-numru interu). B'mod partikolari ħafna mill-kodiċi l-iżjed popolari b'krittografija asimmetrika, magħrufa wkoll bħala krittografija b'żewġ kwievet, huma bbażati fuq id-diffikultà tal-fattorizzazzjoni tan-numri sħaħ (jew il-problema assoċjata tal-problema tal-algoritmu diskret, li wkoll nistgħu insolvuha permezz tal-algoritmu ta' Shor). Dawn jintużaw biex jipproteġu paġni tal-web żġuri, emejls kodifikati, u tipi oħra ta' dati. Id-deċiframent ta' dawn il-kodiċi jkollhom konsegwenzi importanti għall-privatezza elettronika u s-sigurtà.

Però, hemm algoritmi krittografiċi oħra li mid-dehra ma jistgħux jinħallu permezz ta' dawn l-algoritmi.[14][15] Xi algoritmi asimmetriċi mhumiex ibbażati fuq problemi tal-fattorizzazzjoni tal-interi u l-logaritmu diskret li l-algoritmu ta' Shor japplika għalihom, bħall-krittosistema ta' McEliece li hi bbażata fuq problema fit-Teorija tal-kodiċi.[14][16] Hu magħruf li l-krittosistemi li huma bbażati fuq ir-retikoli jistgħu jinħallu minn kompjuters kwantistiċi, u t-tfittxija għal algoritmu li jieħu żmien polinomjali għas-soluzzjoni tal-problema tal-sottogrupp diedrali moħbi, li, li kieku jinstab iħoll il-krittosistemi bbażati fuq ir-retikoli, hi problema miftuħa studjata ħafna.[17] Ġie ppruvat li applikazzjoni tal-algoritmu ta' Grover biex tħoll algoritmu simmetriku b'metodu primittivi jieħu madwar 2n/2 invokazzjonijiet tal-algoritmu krittografu bażiku, waqt li fil-każ klassiku jieħu madwar 2n, [18] li jfisser li effettivament it-tulijiet ta' ċwievet simmetriċi jsiru nofs tal-każ klassiku. Il-Krittografija Kwantistika għandha l-potenzjal li jkollha l-istess funzjonijiet bħall-krittografija asimmetrika.

Barra għall-fattorizzazzjoni u l-logaritmi diskreti, instabu xi logaritmi kwantistiċì li jgħaġġlu bosta problemi b'rata 'l fuq minn polinomjali iżjed mill-algoritmu klassiku,[19] fosthom is-simulazzjoni ta' proċessi fiżiċi kwantistiċi mill-kimika u l-fiżika tal-istat solidu, l-approssimazzjoni tal-polinomjali ta' Jones u s-soluzzjoni tal-ekwazzjoni ta' Pell. M'hemmx prova li ma jistax jinsab algoritmu klassiku li għandu l-istess rata, għalkemm dan hu meqjus improbabbli. Għal xi problemi, il-kompjuters kwantistiċi jgħaġġluhom b'rata polinomjali. L-eżempju l-iżjed magħruf hu tat-tfittxija tal-ġabradata kwantistika, li tista' tiġi solvuta bl-algoritmu ta' Grover b'numru ta' domandi għall-ġabradati inqas kwadratikalment minn dak meħtieġ mill-algoritmi klassiċi. F'dan il-każ hemm prova ta' dan il-vantaġġ. Wara li nstabet din, instabu bosta eżempji ta' problemi ta' tfittxija li għalihom wieħed jista' jipprova li jistgħu jitgħaġġlu permezz ta' mezzi kwantistiċi.

Ejja nħarsu lejn problema li għandha dawn l-erbga' propjetajiet:

  1. Hemm mod wieħed biss biex insolvu din il-problema u dan billi naqtghu it-tweġibiet u niċċekkjawhom,
  2. In-numru ta' tweġibiet huwa daqs in-numru ta' karattri,
  3. Kull tweġiba possibli toħdilna l-istess żmien biex niċċekkjawha, u
  4. M'għandniex ħjiel liema tista' tkun l-aħjar tweġiba: il-ġenerazzjoni każwali tal-possibiltajiet hi tajba daqs kieku niċċekkjawhom f'ordni speċjali.

Wieħed mill-eżempji ta' din hu l-problem tal-ħall tal-kelma tad-dħul[20] billi nipprovaw naqtgħuha (waqt li nassumu li l-kelma tad-dħul għandha l-itwal tul possibbli).

Għall-problemi b'dawn l-erba' proprejtajiet, iż-żmien li jieħu kompjuter kwantistiku biex isolvihom ħa jkun proporzjonali għar-radiċi kwadrat tan-numru ta' karattri. Dan jista' jkun taqsir kbir fi-żmien, f'ċerti problemi taqsir minn snin għal sekondi. Allura jista' jintuża għall-ċifrati simmettriċi bħal Triple DES[21] u l-AES[22] billi jipprova jaqta' iċ-ċavetta sigrieta.

L-algoritmu ta' Grover jista' jintuża wkoll biex jgħaġġel b'rata kwadratika, paragunat mal-metodu klassiku, it-tfittxija fil-każ ta' klassi ta' problemi magħrufa bħala NP-complete.

Billi l-kimika u nanoteknoloġija jiddependu milli wieħed jifhemm sewwa s-sistemi kwantistiċi, u sistemi bħal dawn ma jistgġux jiġu simulati b'mod effiċjenti b'mod klassiku, ħafna jemmnu li s-simulazzjoni kwantistika ħa tkun waħda mill-iżjed applikazzjonijiet importanti tal-komputazzjoni kwantistika.[23]

Għad baqa' bosta intoppi tekniċi qabel ma jkun jista' jinbena kompjuter kwantistiku fuq skala kbira, u s'issa l-kompjuters kwantistiċi għadhom ma solvew l-ebda problem iżjed malajr minn kompjuter klassiku. David DiVincenzo, ta' IBM, għamel din il-lista ta' ħtiġijiet għal kompjuter kwantistiku prattiku:[24]

  • l-iskala tiegħu trid tkun tista' tinbidel biex jiżdiedu n-numru ta' qubits;
  • il-qubits iridu jkunu jistgħu jibdew minn valuri arbitrarji;
  • il-bibien kwantistiċ jridu jkunu jistgħu jinfetħu u jingħalqu fi żmien inqas miż-żmien tad-dekoerenza;
  • ikollu set universali ta' bibien;
  • il-qubits ikunu jistgħu jinqraw faċilment.

Dekoerenza Kwantistika[editja]

Waħda mill-ikbar sfidi fil-komputazzjoni kwantistika hi l-kontroll jew tneħħija tad-dekoerenza kwantistika. Dan is-soltu jfisser l-iżolazzjoni tas-sistema mill-ambjent tagħha bill l-interazzjonijiet mad-dinja barra jagħmlu s-sitema li dekoerenti. Dan l-effett mhux reversibbli, billi mhuwiex unitarju, u s-soltu hu ħaġa li għanha tiġi kkontrollata sewwa, jekk mhux evitata għal kollox. Iż-żmien tad-dekoerenza għal sistemi li jistgħu ikunu kandidati, b'mod partikolari iż-żmien tar-rilassament trasversali T2 (fit-teknoloġiji tal-NMR (Riżonanza Manjetika Nukleari) u MRI (Imaging bir-Riżonanza Nukleari)), tipikament għandhom firxa bejn nanosekondi u sekondi f'temperaturi baxxi.[11]

Dawn il-problemi huma iżjed diffiċli fl-approċċi ottiċi billi fihom l-iskalai taż-żmien huma iqsar b'xi ordnijiet tal-kobor u l-metodu li jiġi kkwotat spiss biex dawn jiġi superati hu l-mudellar ottiku tal-impulsi[25]. Ir-rati ta' żbalji tipikament huma proporzjonali għar-rapport bejn iż-żmien ta' operazzjoni u ż-żmien ta' dekoerenza, allura kull operazzjoni trid tiġi kompluta iżjed malajr miż-żmien tad-dekoerenza.

Jekk ir-rata tal-iżbalji tkun żgħira biżżejjed, jaħsbu li tista' ssir korrezzjoni tal-iżbalji kwantistiċi li tikkoreġi l-iżbalji kkawżati mid-dekoerenza, u hekk tippermetti iż-żmien totali tal-komputazzjoni jkun itwal miż-żmien tad-dekoerenza. Iċ-ċifra li jikkwotaw is-soltu għar-rata tal-iżbalji meħtieġa f'kull bieb hi ta' 10−4. Dan ifisser li kull bieb irid jagħmel l-operazzjoni fl-għaxart elef parti taż-żmien tad-dekoerenza.

Hemm medda wiesgħa ta' sistemi li jistgħu jissodisfaw din il-kondizzjoni. Però l-użu tal-korrezzjoni tal-iżbalji ġġib magħha l-bżonn ta' żieda kbira fin-numru ta' qubits meħtieġa. In-numru meħtieġ għall-fattorizzazzjoni tal-interi bl-użu tal-algoritmu ta' Shor mhux iżjed minn polinomijali, u jaħsbu li hu bejn L u L2, fejn L hu n-numru ta' bits fin-numru li ħa jiġi fattorizzat: l-algoritmi tal-korrezzjoni tal-iżbalji jtellgħu din iċ-ċifra b'fattur ieħor ta' L. Għal numru ta' 1000 bit, dan ifisser li jkunu meħtieġa madwar 104 qubit mingħajr il-korrezzjoni tal-iżbalji.[26] Bil-korrezzjoni tal-iżbalji, iċ-ċifra titla' sa madwar 107 qubit. Ninnotaw li ż-żmien tal-komputazzjoni hu madwar L2 jew madwar 107 pass u fuq 1 MHz, xi għaxar sekondi.

Żviluppi[editja]

Hemm numru ta' mudelli ta' komputazzjoni kwantistika li niddistingwuhom mill-elementi bażiċi li tinqasam fihom il-komputazzjoni. L-erba' mudelli ewlenin ta' importanza prattika huma:

  • Is-sekwenza ta' bibien kwantistiċi (Il-komputazzjoni tinqasam f'sensiela ta' bibien kwantistiċi ta' ftit qubits)
  • Il-kompjuter kwantistiku f'sens wieħed (il-komputazzjoni tinqasam f'sensiela ta' kejlijiet ta' qubit wieħed applikati għal stat inizjali mħabbel ħafna.)
  • Il-kompjuter kwantistiku adiabatiku (il-komputazzjoni hi maqsuma f'trasformazzjoni bilmod kontinwa ta' Hamiltonjan inizjali f'Hamiltonjan finali li s-soluzzjoni hi fost l-istati fundamentali tiegħu[27])
  • Il-kompjuter kwantistiku topoloġiku[28]

Il-Magna Kwantistika ta' Turing hi importanti teoretikament imma ħadd ma jipprova jimplementaha. Intwera li l-erba' mudelli ta' komputazzjoni huma ekwivalenti għal xulxin fis-sens li kull waħda tista' tissimula l-oħra b'żieda mhux iżjed minn polinomjali.

Għall-iskop ta' implementazzjoni fiżika ta' kompjuter kwantistiku, ħafna kandidati qegħdin jiġu studjati (li niddistingwuhom mis-sistema fiżika użata biex jiġu realizzati l-qubits), fosthom:

  • Kompjuters kwantistiċi bbażati fuq superkondutturi (fosthom kompjuters kwantistiċi bbażati fuq SQUID[N 9]).[29]

[30] (il-qubit hu implementat permezz ta' stat ta' ċirkuwiti superkonduttivi żgħar (ġunzjonijiet ta' Josephson).)

  • Kompjuter kwantistiku bil-joni ristretti (il-qubits jiġu implementati bl-istati interni tal-joni ristretti)
  • Retikoli ottiċi (il-qubits jiġu implementati bl-istati interni ta' atomi newtrali maqbudin ġo retikolu ottiku.)
  • Tikek kwantistiċi definiti elettrikament jew awto-mlaqqgħin (pereżempju il-kompjuter kwantistiku ta' Loss-DiVincenzo jew [31]) (qubit tikkorispondi mal-istati ta' spin ta' elettron maqbud ġo tikka kwantistika.)
  • Kompjuter kwantistiku semikonduttur ibbażat fuq tikek quantistiċi (il-qubit hu l-pożizzjoni tal-elettron f'tikka kwantistika doppja.)[32]
  • Reżonanza manjetika nukleari (NMR) fl-istat likwidu fuq molekuli f'soluzzjoni (il-qubit jipprovduh l-ispins nukleari fil-molekula maħlula fis-sluzzjoni.)
  • Reżonanza manjetika nukleari (NMR) fl-istat solidu, il-kompjuter kwantistiku ta' Kaney

(il-qubit hu realizzat mill-istat tal-ispin nukleari ta' donaturi (tal-elettroni) tal-fosfru fis-siliċju.)

  • Kompjuters kwantistiċi bl-elettroni fuq l-elju (il-qubit hu l-ispin tal-elettron.)
  • Elettrodinamika kwantistika f'kavità (CQED) (il-qubit jipprovduh l-istati interni tal-atomi maqbudin f'kavitajiet)
  • Kalamita molekolari
  • Kompjuter kwantistiku b'reżonanza paramanjetika elettronika bbażata fuq il-Fullereni (il-qubit hu bbażat fuq l-ispin elettroniku ta' atomi jew molekoli magħluqin fi struttura ta' fullereni.)
  • Kompjuter kwantistiku bbażat fuq l-ottika kwantistika (il-qubits huma realizzati bi stati adattati ta' modi differenti tal-kamp elettromanjetiku, pereżempju[33])
  • Kompjuter kwantistiku bbażat fuq id-djamanti[34][35][36] (il-qubit hu realizzat mill-ispin elettroniku jew nukleari ta' "ċentri Nitroġenu-Vojt"[N 10])
  • Kompjuter kwantistiku bbażat fuq il-kondensat ta' Bose-Einstein[37] (il-qubit hu realizzat mill-istat eletroniku intern ta' impuritajiet fil-fibri ottiċi.)

In-numru kbir ta' kandidati juri li s-suġġett, minkejja l-progress mgħaġġel li qiegħed isir, għadu fi tfulitu. Imma fl-istess ħin il-flessibbiltà hi immensa.

Fl-2001, xi riċerkaturi użaw l-algoritmu ta' Shor biex jiffattorizzaw in-numru 15 permezz ta' kompjuter bl-NMR ta' 7 qubits.

Fl-2005, xi riċerkaturi fl-Università ta' Michigan ħalqu chip semikonduttur li jaħdem bħal ion trap. Apparati bħal dawn, magħmulin b'tekniki standard tal-litografija, jistgħu jkunu l-mod kif jistgħu jsiru għodda skalabbli għall-komputazzjoni kwantistika.[38] Fl-2006 saret verżjoni aħjar.

Fl-2009, xi riċerkaturi fl-Università ta' Yale rnexxielhom joħolqu l-ewwel proċessur rudimentali bl-istat solidu. Dan iċ-chip superkonduttur ta' żewġ qubits seta' jipproċessa algoritmi elementari. Kull wieħed mill-atomi artifiċjali (jew qubits) kien magħmul minn xi biljun atomu tal-aluminju li jaġġixxu bħala atomu wieħed li seta' jokkupa żewġ stati differenti ta' enerġija.[39]

Tim ieħor, fl-Università ta' Bristol, ħolqu wkoll chip għall-komputazzjoni kwantistika ibbażat fuq is-siliċju, li jaħdem bl-ottika kwantistika. It-tim irnexxielu jipproċessa l-algoritmu ta' Shor fuq iċiż-chip.[40] Fl-2010 saru żviluppi oħra.[41]

Fl-2011, tim ta' xjenzati mill-Awstralja u l-Ġappun għamlu skoperta fundamentali fit-teleportazzjoni kwantistika. Irnexxielhom jitrasferixxu sett kompless ta' data kwantistika b'integrità sħiħa fit-trażmissjoni. Il-qubits ġew distrutti f'post u rxuxtaw fl-istess ħin f'post ieħor mingħajr tibdil fis-soprapożizzjon.[42][43]

Fotografija ta' chip maħluqa minn D-Wave Systems Inc. Il-proċessur ta' D-Wave hu pjanat biex juża 128 element loġiku superkonduttur li għandu "coupling" kontrollabbli u regolabbli jista' jagħmel xi operazzjonijiet.

Fl-2011, D-Wave Systems ħabbru l-ewwel kompjuter kwantistiku kommerċjali li jisfrutta r-rikottura kwantistika, D-Wave one. Il-kumpanija ssostni li s-sistema chipset kwantistiku ta' 128 quibit.[44] f'Mejju tal-2011 D-Wave ħabbru li l-Korporazzjoni Lockheed Martin ftehmu li jixtru s-sistema D-Wave one.[45] L-inġinieri ta' D-Wave jużaw sistema empirika fid-disinn taċ-chips kwantistiċi u aktarx jiffokaw fuq jekk iċ-chips jistgħux isolvu problemi partikolari milli jippruvaw jifhmu kompletament il-prinċipji kwantistiċi involuti. L-atitudni tagħhom għoġbot lill-investituri iżjed milli għoġbot lil xi kritiċi akkademiċi, li qalu li D-Wave kienu għadhom ma jwrewx biżżejjed li veru kienu ħolqu kompjuter kwantistiku. Din il-kritika ma baqgħetx hekk ħarxa wara li D-Wave ippubblikaw artiklu fir-rivista Nature fejn taw iżjed dettalji u għalhekk il-kritiċi ammettew li ċ-chips tal-kumpanija veru kellhom xi proprjrtajiet kwantistiċi meħtieġa għall-komputazzjoni kwantistika.[46][47]

Matul l-istess sena, xi riċerkaturi fl-Università ta' Bristol ħolqu sistema ottika all-bulk li setgħet tipproċessa verżjoni iterattiva tal-algoritmu ta' Shor. Irnexxielhon jifattorizzaw in-numru 21.[48]

F'Settembru tal-2011 xi riċerkaturi taw prova li jista' jinbena kompjuter kwantistiku bl-arkitettura ta' Von Neumann.[49]

F'Novembru tal-2011 xi riċerkaturi ffattorizzaw in-numru 143 permezz ta' 4 qubits.[50]

Fi Frar tal-2012, xjenzati tal-IBM qalu li għamlu xi skoperti fundamentali fil-komputazzjoni kwantistika u kienu "fil-punt li setgħu jibnu sistemi li jieħdu l-komputazzjoni għal-livel ġdid għal kollox."[51]

F'April tal-2012 tim multinazzjonali mill-Università ta' Southern California]], l-Università Teknoloġika ta' Delft, l-Università għax-Xjenza u t-Teknoloġija tal-Istat ta' Iowa, u l-Università ta' California, Santa Barbara, bnew kompjuter kwantistiku ta' żewġ bits fuq kristall tad-djamanti mniġġeż b'xi tip ta' impurità, li jista' faċilment jitkabbar fil-qis u fil-funzjonalità fit-temperatura tal-ambjent. Bħala qubits intużaw iż-żewġ direzzjonijiet tal-ispin tal-elettron u dawk tal-kernels tan-Nitroġenu. Ġiet żviluppata sistema li ffurmat impuls ta' radjazzjoni ta' mikromewġ li dum għal ċertu ħin biex tipproteġi kontra d-dekoerenza. Permezz ta' dan il-kompjuter l-agoritmu ta' Grover għal erba' varjanti ta' tfittxija ġġenera r-riżultat korrett, mal-ewwel, f'95% mil-każi.[52]

F'Settembru tal-2012, grupp ta' riċerkaturi Awstraljani fl-Università ta' New South Wales qalu li l-ewwel kompjuter kwantistiku fid-dinja ħa jinbena bejn 5 jew 10 snin oħra, wara li ħabbru skoperta importanti li tagħmel possibbli l-manufattura tal-blokki fundamentali tal-memorja. Tim riċerkatur immexxi minn inġinieri Awstraljani ħolqu l-ewwel "bit kwantistika" bbażata fuq atomu wieħed tas-siliċju, b'teknoloġija simili għal dik użata għall-blokki fundamentali tal-kompjuters tal-lum. [53] [54]

F'Ottobru tal-2012, il-Premju Nobel ingħata lil David J. Wineland u Serge Haroche għax-xogħol fundamentali li għamlu biex nfihmu d-dinja kwantistika - xogħol li 'l quddiem jista' jagħmel possibbli l-Komputazzjoni Kwantistika.[55][56]

F'Novembru tal-2012, tħabbret l-ewwel teleportazzjoni kwantistika minn oġġett makroskopiku għal ieħor.[57][58]

Fi Frar tal-2013, tħabbret teknika ġdida ta' Kampjunatura tal-Bosoni minn żewġ gruppi li użaw fotoni f'retikolu ottiku li mhuwiex kompjuter kwantistiku universali imma tajjeb biżżejjed għal problemi prattiċi (Science, 15 ta' Frar, 2013)

F'Mejju tal-2013, Google Inc. ħabbar li ħa jiftaħ l-ewwel Laboratorju għall-Intelligenza Artifiċjali Kwantistika li ħa jkun fiċ-ċentru tar-riċerka ta. Nasa, Ames. Il-laboratorju ħa jkun fih kompjuter kwantistiku ta' 512 qubit min għand D-Wave Systems, u ħa jkunu mistiedna riċerkaturi minn madwar id-dinja biex jaħdmu fuqu għal xi żmien. L-għan ħa jkun l-istudju ta ' kif il-komputazzjoni kwantistika tista' tavvanza it-Tagħlim Awtomatiku[N 11] [59]

Bibljografija[editja]

  • Nielsen, Michael u Chuang, Isaac Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press 2000, ISBN 0-521-63503-9.

Noti[editja]

  1. ^ Il-prinċipju tas-soprapożizzjoni kwantistika jgħid li jekk sistema fiżika tista' tkun f'waħda minn ħafna konfigurazzjonijiet, imbagħad l-istat l-iżjed ġenerali hu taħlita ta' dawn il-possibbiltajiet kollha, fejn l-amont ta' kull waħda mill-configurazzjonijiet hu speċifikat min-numru kompless. Pereżempju jekk hemm żewġ konfigurazzjonijiet immarkati b'0 u 1, l-istat l-iżjed ġenerali jkun c0|0⟩ + c1|1⟩ fejn il-koeffiċjenti huma numri komplessi li jindikaw kemm imur f'kull waħda mill-konfigurazzjonijiet.
  2. ^ It-taħbil kwantistiku jew il-korrelazzjoni kwantistika hu fenomenu kwantistiku, li m'għandux analogu klassiku, li fih kull stat kwantistiku ta' sett ta' żewġ sistemi fiżiċi jew iżjed jiddependi mill-istat ta' kull sistema, anki jekk is-sistemi jkunu mifrudin spazjalment. Kultant jintuża t-terminu "non-separabbiltà".
  3. ^ Data jew Dejta hi rappreżentazzjoni simbolika (numerika, alfabetika, algoritmika, eċċ) ta' attribut jew varjabbli kwantitattiva. Id-data tiddeskrivi fatti empiriċi, grajjiet jew entitajiet.
  4. ^ Magna kwantistika ta' Turing hi magna astratta użata biex timmudella l-effett ta' kompjuter kwantistiku. Din tipprovdi mudell sempliċi li jħaddan fih il-qawwa kollha tal-komputazzjoni quantistika. Kull algoritmu kwantistiku jista' jiġi espress formalment bħala magna kwantistika ta' Turing partikolari. Il-magna kwantistika ta' Turing ipproponiha għall-ewwel darba David Deutsch f'artiklu tal-1985.
  5. ^ Il- krittanalisi (Mill-Grieg kryptós, "moħbi", u analýein, "taqsam, tħoll"), hi l-istudju tal-metodi biex wieħed jikseb xi tfisser informazzjoni ċifrata mingħajr ma jkollu aċċess għall-informazzjoni sigrieta li s-soltu tkun meħtieġa biex isseħħ l-operazzjoni. Tipikamente tkun meħtieġa ċavetta sigrieta. Il-krittanalisi hi l-oppost tal-krittografija, jiġifieri l-istudju ta' tekniki għall-ħeba tal-messaġġi. Flimkien jiffurmaw il-krittologija, ix-xjenza tal-kitba moħbija.
  6. ^ L-algoritmu tal-fattorizzazzjoni ta' Shor hu algoritmu li tah Peter Shor fl-1994 għas-soluzzjoni tal-fattorizzazzjoni tan-numri sħaħ f'numri primi. Fuq kompjuter kwantistiku permezz ta' dan l-algoritmu il-fatturi jistgħu jinstabu b'marġni ta' żball arbitrarjament żgħir fi żmien polinomjali fit-tul tan-numru sħiħ li jiġi mitmugħ.
  7. ^ It-Teżi ta' Church–Turing tgħid li funzjoni hi komputabbli permezz ta' algoritmu jekk u jekk biss hi kompuabbli permezz ta' magna ta' Turing.
  8. '^ Bieb loġiku kwantistiku hu ċirkuwitu kwantistiku loġiku li jopera fuq numru żgħir ta' qubits. Dawn huma l-blokki fundamentali taċ-ċirkuwiti kwantistiċi bħal ma huma l-bibien klassiċi loġiċi għaċ-ċirkuwiti diġitali konvenzjonali.
  9. ^ SQUID hu l-akronimu bl-Ingliż għal Superconducting Quantum Interference Device: apparat superkonduttur bl-interferenza kwantistika
  10. ^ Ċentru Nitroġenu-Vojt hu difett fid-djamanti fejn atomu tal-karbonu jiġi sostitwit b'par li jikkonsisti b'atomu tan-nitroġenu u vojt.
  11. ^ It-Tagħlim Awtomatiku hu qasam tal-intelliġenza artifiċjali li għandha x'taqsam mal-ħolqien u l-istudju ta' sistemi li jistgħu jitgħallmu mid-data.

Referenzi[editja]

  1. ^ "Quantum Computing with Molecules" artiklu f' Scientific American ta' Neil Gershenfeld u Isaac L. Chuang
  2. ^ Yu. I., Vychislimoe i nevychislimoe (Komputabbli u mhux komputabbli) 1980 Sov.Radio
  3. ^ Feynman R. P., Simulating physics with computers International Journal of Theoretical Physics, 1982 vol. 21 ħarġa 6 pp 467–488
  4. ^ David Deutsch, Quantum computation, Physics World, 1992
  5. ^ New qubit control bodes well for future of quantum computing
  6. ^ Quantum Information Science and Technology Roadmap biex wieħed jieħu idea ta' fejn sejra r-riċerka.
  7. ^ Simon, D.R., On the power of quantum computation, 1994, Foundations of Computer Science, 1994, ISBN 0-8186-6580-7
  8. ^ Nielsen Michael A. u Chuang, Isaac L., Quantum Computation and Quantum Information, p.202
  9. ^ Nielsen Michael A. u Chuang, Isaac L., Quantum Computation and Quantum Information, p.20217
  10. ^ Waldner Jean-Baptiste Nanocomputers and Swarm Intelligence International Society for Technology in Education, Londra, 2007, ISBN 2-7462-1516-0
  11. ^ a b David P. DiVincenzo Quantum Computation Science, vol. 270, ħarġa 5234, p. 255–261, 1995.
  12. ^ a
  13. ^ [1] Arjen K. Lenstra, Integer Factoring, Designs, Codes and Cryptography, vol. 19 pp. 101–128, 2000
  14. ^ a b Daniel J. Bernstein, Introduction to Post-Quantum Cryptography. Introduction to Post-quantum cryptography, Daniel J. Bernstein, Johannes Buchmann, Erik Dahmen (edituri). Springer, Berlin, 2009. ISBN 978-3-540-88701-0
  15. ^ Ara wkoll pqcrypto.org, bibljografija miżmuma minn Daniel J. Bernstein u Tanja Lange fuq il-krittografija li m'hemmx metodu għad-deċiframent tagħha permezz tal-komputazzjoni kwantistika.
  16. ^ Robert J. McEliece. "A public-key cryptosystem based on algebraic coding theory." Jet Propulsion Laboratory DSN Progress Report 42–44, 114–116.
  17. ^ [2] Kobayashi H., Gall F.L., Dihedral Hidden Subgroup Problem: A Survey, Information and Media Technologies, vol. 1. ħarġa 1, pp. 178–185, 2006
  18. ^ Bennett C.H., Bernstein E., Brassard G., Vazirani U., The strengths and weaknesses of quantum computation. SIAM Journal on Computing 26(5): 1510–1523 (1997).
  19. ^ Quantum Algorithm Zoo – Stephen Jordan's Homepage
  20. ^ password
  21. ^ Fil-krittografija, it-Triple DES (DES triplu) hu ċifrarju bil-blokki bbażat fuq ripetizzjoni tad-Data Encryption Standard (DES) għal tliet darbiet.
  22. ^ Fil-krittografija, l-Advanced Encryption Standard (AES), hu algoritmu ta' ċifratura bil-blokki użat bħala standard mill-gvern tal-Istati Uniti tal-America.
  23. ^ The Father of Quantum Computing By Quinn Norton 02.15.2007, Wired.com
  24. ^ David P. DiVincenzo The Physical Implementation of Quantum Computation IBM, 13-04-2000
  25. ^ optical pulse shaping
  26. ^ M. I. Dyakonov, Université Montpellier (2006-10-14). "Is Fault-Tolerant Quantum Computation Really Possible?". Fi: Future Trends in Microelectronics. Up the Nano Creek, S. Luryi, J. Xu, and A. Zaslavsky (edituri), Wiley , pp.: 4–18.
  27. ^ Das, A.; Chakrabarti, B. K. (2008). "Quantum Annealing and Analog Quantum Computation". Rev. Mod. Phys. 80 (3): 1061–1081.
  28. ^ Nayak, Chetan; Simon, Steven; Stern, Ady; Das Sarma, Sankar (2008). "Nonabelian Anyons and Quantum Computation". Rev Mod Phys. 80 (3): 1083.
  29. ^ Clarke, John; Wilhelm, Frank (June 19, 2008). "Superconducting quantum bits". Nature 453 (7198): 1031–1042. [3]
  30. ^ William M Kaminsky (2004). "Scalable Superconducting Architecture for Adiabatic Quantum Computation".
  31. ^ Imamoğlu, Atac; Awschalom, D. D.; Burkard, Guido; DiVincenzo, D. P.; Loss, D.; Sherwin, M.; Small, A. (1999). "Quantum information processing using quantum dot spins and cavity-QED". Physical Review Letters 83 (20): 4204.
  32. ^ Fedichkin, Leonid; Yanchenko, Maxim; Valiev, Kamil (2000). "Novel coherent quantum bit using spatial quantization levels in semiconductor quantum dot". Quantum Computers and Computing 1: 58–76.
  33. ^ Knill, G. J.; Laflamme, R.; Milburn, G. J. (2001). "A scheme for efficient quantum computation with linear optics". Nature 409 (6816): 46–52.
  34. ^ Nizovtsev, A. P. et al. (October 19, 2004). "A quantum computer based on NV centers in diamond: Optically detected nutations of single electron and nuclear spins". Optics and Spectroscopy 99 (2): 248–260.
  35. ^ Wolfgang Gruener, TG Daily (2007-06-01). "Research indicates diamonds could be key to quantum storage" [4]|title=Research indicates diamonds could be key to quantum storage |accessdate=2007-06-04 |author=Wolfgang Gruener, TG Daily |date=2007-06-01}}
  36. ^ Neumann, P. et al. (June 6, 2008). "Multipartite Entanglement Among Single Spins in Diamond". Science 320 (5881): 1326–1329.
  37. ^ Rene Millman, IT PRO (2007-08-03). "Trapped atoms could advance quantum computing" [5]
  38. ^ [6] U-M develops scalable and mass-producible quantum computer chip
  39. ^ Vandersypen, Lieven M. K.; Steffen, Matthias; Breyta, Gregory; Yannoni, Costantino S.; Sherwood, Mark H.; Chuang, Isaac L. (2001). "Experimental realization of Shor's quantum factoring algorithm using nuclear magnetic resonance". Nature 414 (6866): 883–7. [7]
  40. ^ [8] Code-breaking quantum algorithm runs on a silicon chip New Scientist 2009-09-04
  41. ^ [9] New Trends in Quantum Computation
  42. ^ [10]
  43. ^ [11] First light wave quantum teleportation achieved, opens door to ultra fast data transmission
  44. ^ [12] Learning to program the D-Wave One
  45. ^ [13] D-Wave Systems sells its first Quantum Computing System to Lockheed Martin Corporation
  46. ^ Quantum annealing with manufactured spins Nature 473, 194–198, 12 May 2011
  47. ^ The CIA and Jeff Bezos Bet on Quantum Computing Technology Review October 4, 2012 by Tom Simonite
  48. ^ Enrique Martin Lopez, Anthony Laing, Thomas Lawson, Roberto Alvarez, Xiao-Qi Zhou, Jeremy L. O'Brien, Implementation of an iterative quantum order finding algorithm Enrique Martin Lopez, Anthony Laing, Thomas Lawson, Roberto Alvarez, Xiao-Qi Zhou, Jeremy L. O'Brien
  49. ^ Kompjuter kwantistiku with Von Neumann architecture
  50. ^ Quantum Factorization of 143 on a Dipolar-Coupling NMR system
  51. ^ IBM Says It's 'On the Cusp' of Building a Quantum Computer
  52. ^ quantum compjuter built inside diamond
  53. ^ [14] Australian engineers write quantum computer 'qubit' in global breakthrough 2012
  54. ^ [15] Breakthrough in bid to create first quantum computer 2012
  55. ^ Frank Adam, Cracking the Quantum Safe [16]
  56. ^ Overbye Dennis, A Nobel for Teasing Out the Secret Life of Atoms [17]
  57. ^ [18] First Teleportation from One Macroscopic Object to Another
  58. ^ Bao Xiao-Hui, Xu Xiao-Fan, Che-Ming Yuan, Zhen-Sheng, Lu Chao-Yang, Jian-wei, Quantum teleportation between remote atomic-ensemble quantum memories, [19]
  59. ^ [20] Launching the Quantum Artificial Intelligence Lab

Ħoloq esterni[editja]

  • Stanford Encyclopedia of Philosophy: "Quantum Computing" ta' Amit Hagar.
  • QuantikiWiki u portal b'kontenut aċċessibbli għal kulħadd li għandu x'jaqsam mal-informatika kwantistika.