Реферат на тему: Квантовый компьютер. Возникновение идеи о квантовых вычислениях

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.

Однако уже достаточно давно было обнаружено, что эти классические компьютеры не могут справиться с некоторыми очень важными задачами. Примерами таких задач являются поиск в неструктурированной базе данных, моделирование эволюции квантовых систем (например, ядерные реакции) и, наконец, факторизация больших чисел.

Интерес к последней задаче связан с тем, что практически все современные шифры для секретной переписки основаны на этой математической процедуре. Для взлома уже существующего кода необходима работа классического компьютера в течение нескольких лет.

Идея квантовых вычислений впервые была высказана Ю. И. Маниным в 1980 году [1], но активно эта проблема стала обсуждаться после появления в 1982 году статьи американского физика-теоретика Р. Фейнмана [2]. В этих работах было предложено использовать для вычислений операции с состояниями квантовой системы. Авторы обратили внимание на то, что 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".

Наиболее популярная попытка объяснения этой "странности" квантового мира производится на примере свойства спина электрона, ярко проявляющегося в экспериментах ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Это свойство электрона часто изображают в виде вращения волчка с осью вращения, направленной вверх или вниз. Спин вверх можно принять за единицу, спин вниз за ноль. Но оказывается можно показать математически, что электрон может также находиться в "призрачном" двойном состоянии, состоянии суперпозиции, в котором спин как бы смотрит одновременно вверх и вниз. Это означает, что такое состояние есть одновременно ноль и единица. Если теперь выполнять вычисление с помощью этого электрона, то они будут выполняться с одновременным использованием нуля и единицы!

Поскольку данная работа имеет реферативный характер, то основной её целью является знакомство с основными знаниями и понятиями на таком уровне, что человек, не имеющий никакого понятия о квантовых вычислениях и квантовых компьютерах, но имеющий определённую математическую подготовку, после ознакомления с ней мог свободно читать научную литературу, посвящённую этому вопросу. В своей работе я использовал несколько источников, которые приведены мною в разделе Источники, однако основным считаю статью [4] Э. Риффеля и В. Полака, которая по логике и своим целям имеет много общего с данной работой. Именно её я рекомендую для более полного начального ознакомления с квантовыми вычислениями и квантовыми компьютерами.

В первом разделе рассмотрена сама идея квантовых вычислений и её история, а также алгоритмы факторизации чисел и поиска в неупорядоченной базе данных. Второй раздел посвящён реализации квантовых компьютеров и основным направлениям развития их элементной базы. В приложении содержатся последние новости из Интернета, касающиеся достижений в области квантовых компьютеров.

Оглавление

- Введение

- Возникновение идеи о квантовых вычислениях

- История возникновения идеи о квантовых вычислениях

- Основные понятия квантовых вычислений

- Квантовые биты

- Квантовые вентили

- Квантовые алгоритмы

- Алгоритм Шора

- Алгоритм Гровера

- Реализация квантового компьютера

- Основные принципы работы и реализации квантового компьютера

- Основные направления реализации квантового компьютера

- Квантовый компьютер на ядерно-магнитном резонансе

- Квантовый компьютер на ионных ловушках Заключение

- Источники

- Приложение Технические достижения в области квантовых компьютеров

Заключение

квантовый вычисление компьютер бит

Квантовые вычисления - это новейшее направление, способное в корне изменить наши представления о вычислениях, программировании и теории сложности. Разработка новых приёмов программирования для квантовых компьютеров - важнейшая задача для программистов и других специалистов. Квантовая запутанность и фазовые компенсации открывают принципиально новые вычислительные возможности. Программирование больше не состоит из простого пошагового составления алгоритма, а требует новых приёмов, например, фазовых преобразований, смешивания и распределения амплитуд для получения полезных выходных данных.

Список 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.

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

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

. Риффель Э. Полак В. Основы квантовых вычислений. Научный журнал "Квантовый компьютер и квантовые вычисления" №1. - 2000