Arturas Bajoras aBajorasLab

Kvantinis kompiuteris


Įvadas

Kvantinis kompiuteris – hipotetinė skaičiavimų mašina, galinti atlikti skaičiavimus, pasitelkdama fizikines sistemas, kurioms galioja kvantinio susiejimo ir kvantinės superpozicijos dėsniai. Klasikiniuose kompiuteriuose informacija yra operuojama diskrečiais bitais, o kvantiniuose kompiuteriuose – tolygiai kintančiomis kvantinėmis būsenomis - kubitais. Manoma, kad sukūrus kvantinį kompiuterį su pakankamai daug kubitų (1000) taptų įmanoma išspręsti sudėtingus uždavinius, kurių sprendimas klasikiniuose kompiuteriuose užtruktų milijonus metų.




Sunkumai kuriant kvantinį kompiuterį

Kvantinį kompiuterį sukurti sunku, nes reikia, kad kubitai būtų izoliuoti nuo aplinkos, bet būtinai sąveikautų vieni su kitais, nes kitaip nebus paralelizmo ir kvantinis kompiuteris nebus galingesnis už kalkuliatorių. Didinant kubitų skaičių kvantiniame kompiuteryje, stiprėja dekoherencija t. y., didėja skaičiavimo netikslumai. Susidomėjimas kvantiniais kompiuteriais stipriai išaugo, kai 1994 m. mokslininkas P. Šoras iš AT&T sukūrė faktorizavimo (skaičiaus išskaidymas į daugiklius) algoritmą kvantiniams kompiuteriams. Faktorizavimas yra taikomas RSA koduose, kurie naudojami visose apsaugos sistemose ir kurių klasikinis kompiuteris negali įveikti per trumpą laiką, tačiau Šoro algoritmą naudojantis kvantinis kompiuteris tai padarytų per sekundę. 1995 m. Šoras sukūrė kvantinių būsenų kodavimo algoritmą ir klaidų (kurios atsiranda dėl išorinių trikdžių, kuriems kvantinis kompiuteris yra labai jautrus) korekciją jose. 1996 m. L. Groveris iš Lucent Technologies pasiūlė kvantinį greitos paieškos nesutvarkytoje duomenų bazėje algoritmą.

Kai kurie mokslininkai mano, kad kvantinis kompiuteris yra neįmanomas, nes prieštarauja Tiuringo tezei, kad visi kompiuteriai skaičiavimo prasme yra ekvivalentūs ir vieni gali būti simuliuojami kitu su polinominaliu sulėtėjimu. Kvantinis kompiuteris gali būtį simuliuojamas kitų kompiuterių tik su eksponentišku suletėjimu, todėl prieštarauja Tiuringo tezei. Taip pat joks egzistuojantis mažas kelių kubitų kvantinis kompiuteris nėra įrodytas, kad jis yra kvantinis kompiuteris, nes atsakymą duoda ne iš karto, o po eksponentiškai daug (priklausomai nuo kubitų skaičiaus: kuo daugiau kubitų, tuo eksponentiškai daugiau reikia pakartojimų) paleidimų. Toks, pavyzdžiui, yra IBM BMR kvantinis kompiuteris. Visi BMR kvantiniai kompiuteriai veikė be susikibimo (angl. – entanglement) savybės tarp kubitų, be kurios neįmanomas eksponentiškas paspartėjimas.


Kvantinių kompiuterių pritaikymas

Kvantinis kompiuteris būtų žymiai pranašesnis už klasikinius kompiuterius optimizavimo ir kombinatorinėse užduotyse, kai, pavyzdžiui, reikia surasti trumpiausią mašrutą, kuriuo būtų galima apkeliauti daug miestų. Tačiau, pavyzdžiui, kvantinis kompiuteris nebūtų greitesnis šachmatuose nei klasikinis kompiuteris.

Dar žymus kvantinių kompiuterių pradininkas R. Feimanas pastebėjo, kad sprendžiant užduotį su 1000 elektroninių sukinių atmintyje turi tilpti 2^{1000}, tai yra apie 10^{301} bitų. Su paprastu kompiuteriu tokie procesai modeliuojami tik labai apytiksliai. Kvantinis kompiuteris molekulių modeliavimą atliktų eksponentiškai efektyviau. Jei paaiškėtų, kad kvantinis kompiuteris yra neįmanomas, tuomet ir kvantinės fizikos simuliavimui nereikia eksponentiškos skaičiavimo galios, nes tai reikštų, kad kvantinė mechanika yra labiau (ar visai) chaotiška nei koherentiška.




Google ruošiasi išleisti kvantinį kompiuterį

2013 m. "Google" įsigijo kvantinę mašina "D-Wave". 2015 m., bendrovė atliko tyrimą, kuris parodė, kad kvantinis įtaisas atliko skaičiavimus apie 100 milijonų kartų greičiau nei įprastinis kompiuteris su vienu procesoriumi. Veikiantį kvantų kompiuterį turėtume išvysti per 10 metų. Nors tai gali būti ir greičiau.

Kvantinis kompiuteris



Laukite tęsinio !!!


Copyright © 2008-2017 Arturas Bajoras (aBajorasLab)
All Rights Reserved