Квантовый компьютер — машина, которая выполняет логические операции, опираясь на квантовые алгоритмы, не имеющие аналогов в классической физике, и способна решать любые (а не только специализированные) задачи. Фейнман показал, что квантовый компьютер для ряда задач является более мощным, чем классический, а Дойч разработал идею квантового параллелизма. Таким образом, эти ученые заложили фундамент новой современной области исследований — квантовых информационных технологий, или квантовой информатики. В последнее десятилетие наиболее интенсивно развивается такая область, как спинтроника. Достижения в этой области уже позволили совершить прорыв в увеличении плотности записи и быстродействии современных компьютеров.
Квантовые компьютеры помогут людям в решении специфических задач.
1. Поиск неструктурированных данных в массивах: это фото, видео, аудио, текстовые файлы без разметки.
2.Поиск и анализ файлов в большом количестве связан с разрозненностью форматов, языков, контекста и других параметров.
3.Оптимизация: поиск наилучшего решения с учётом желаемого результата и ограничений.
4.Моделирование квантовых систем, в том числе таких, как молекулы новых материалов или лекарств.
5.Решение математических задач, невероятно сложных для классических компьютеров.
Принцип работы квантовых компьютеров.
Современные квантовые компьютеры на сверхпроводниках внешне больше напоминают люстры и функционируют при определенной температуре: для каждого уровня машины нужен собственный микроклимат. Если в помещении становится теплее или холоднее, вычислительная машина становится бесполезной. Для работы квантовых компьютеров применяют систему охлаждения на основе жидкого гелия. Сам компьютер заключен в цилиндрический корпус с насосами системы охлаждения. К этой конструкции подключен ряд традиционных компьютеров для решения задач. Внутри квантовый компьютер состоит из соединений и труб, которые передают сигналы в квантовый «мозг» машины.
Для решения любых алгоритмических задач квантовые компьютеры используют кубиты, которые при обмене информацией принимают значение 0 или 1. Однако в отличие от битов, кубиты могут одновременно находиться в состоянии 0 и 1, благодаря свойству квантовых объектов — суперпозиции. Именно это способствует ускорению решения задач на десятки порядков быстрее классических вычислительных машин.
Если классический компьютер разложит число с 500 десятичными знаками на простые множители за 5 млрд лет, то квантовый аналог в теории управится за 18 секунд.
Квантовые симуляторы позволяют изучать квантовую систему программируемым способом. В данном случае симуляторы — это устройства специального назначения, предназначенные для того, чтобы дать представление о конкретных физических задачах.
Актуальность исследований в области квантовых симуляторов является очевидной в контексте стремительного развития квантовых вычислений, а также поиска новых материалов с уникальными квантовыми свойствами. Эти исследования имеют значительный потенциал для создания более точных прогнозов для химических реакций, разработки новых лекарств и материалов, а также для оптимизации процессов, связанных с энергией и средой обитания.
Давайте представим себе, что у нас есть определенная квантовая система и мы хотим что-то про нее узнать. Один из способов это сделать —
взять другую, похожую на нее квантовую систему, которая проявляет часть свойств изначальной, но которую легче наблюдать в лабораторных условиях.
Иными словами, создавая квантовый симулятор, мы упрощаем существующую систему, выделяем самые важные ее свойства и жертвуем теми, которые не представляют для нас интереса. Получается, квантовый симулятор неидентичен исходной системе, но в некотором смысле ее воспроизводит.
В чем же принципиальное различие между квантовым симулятором и квантовым компьютером? Квантовый компьютер, как и обычный, выполняет некоторый пошаговый алгоритм. У квантового же симулятора в общем случае никакого алгоритма нет: мы готовим квантовую систему в каком-то исходном состоянии, а дальше смотрим, что произойдет. Есть еще одно различие. В наиболее распространенной на сегодняшний день модели квантового компьютера основными элементами являются кубиты. В квантовом симуляторе подобных требований нет.
Добавить комментарий