Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бауместер Д. -> "Физика квантовой информации" -> 48

Физика квантовой информации - Бауместер Д.

Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации — М.: Постмаркет, 2002. — 376 c.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка): fizikakvantovoyinformacii2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 42 43 44 45 46 47 < 48 > 49 50 51 52 53 54 .. 151 >> Следующая

130 Концепция квантовых вычислений
«вселенных» в этой статье - это факт, что то, что мы видим как отдельную частицу на самом деле является одним из аспектов невероятно сложной сущности, остальную часть которой мы не можем непосредственно наблюдать. Квантовые вычисления - это способ заставить невидимые аспекты частицы - ее двойники в других вселенных - работать на нас.
D
/ I
А
О
Рис. 4.3. Стеклянная пластинка, помещенная на пересечении с одним из путей в интерферометре, может перенаправить фотоны от одного детектора к другому. Все фотоны, входящие в левый интерферометр, попадают на детектор А. В правом интерферометре интерференция изменяется за счет присутствия стеклянной пластики на вертикальном пути. В результате фотоны оказываются на детекторе В. Следовательно, то, что произошло только на одном из путей, достоверно изменило конечный результат эксперимента. Этот эффект особенно полезен в квантовых вычислениях.
Один из особенно полезных для квантовых вычислений эффектов может быть продемонстрирован, если мы задержим фотон на одном из путей Н или V. Этого можно добиться, поставив на пути стеклянную пластинку, как показано на Рис. 4.3. Так как интерференция между фотоном и его невидимым двойником зависит от точных времен их прибытия, мы можем выбирать толщину пластинки и, соответственно, время задержки так, чтобы фотон достоверно (то есть во всех «вселенных») оказывался на детекторе В вместо детектора А. Таким образом, то, что произошло только на одном из путей (и, как следствие, только в одной из «вселенных») оказало влияние на оба пути. Мы вернемся к этому вопросу позже.
Точно так же, как фотон может находиться в когерентной суперпозиции распространения вдоль пути Н и вдоль пути V, так и любой квантовый бит, или кубит, может быть приготовлен в суперпозиции двух логических состояний 0 и 1. Именно в этом смысле кубит может хранить 0 и 1 одновременно, в произвольной пропорции. Но следует заметить, что, так же, как и фотон при измерении будет обнаружен только на одном из двух путей, при измерении кубита будет зарегистрировано случайным образом только одно из
Введение в квантовые вычисления 131
двух хранящихся в нем чисел. Само по себе это свойство не очень полезно.
Но давайте разовьем идею суперпозиции чисел немного дальше. Рассмотрим регистр, построенный из трех физических битов. Классический 3-битный регистр может хранить в точности одно из восьми различных чисел, т.е. регистр может быть в одном из восьми возможных состояний ООО, 001,010, ..., 111, представляющих числа от 0 до 7. Но квантовый регистр, составленный из трех кубитов, может одновременно хранить до восьми чисел в квантовой суперпозиции. Замечательно, что восемь различных чисел могут физически присутствовать в одном регистре; но это не более удивительно, чем присутствие чисел 0 и 1 в одном кубите. При добавлении кубитов к регистру его емкость по отношению к хранению квантовой информации растет экспоненциально, четыре кубита могут хранить 16 различных чисел одновременно, и, в общем случае, L кубитов могут хранить до 2L чисел одновременно. Регистр из 250 кубитов - по существу состоящий из 250 атомов - сможет хранить одновременно больше чисел, чем количество атомов в видимой вселенной. (В любом случае, это заниженная оценка количества квантовой информации, которую они могут хранить, так как в общем случае элементы суперпозиции присутствуют в непрерывно изменяемой пропорции, при этом каждый со своим фазовым углом.) Несмотря на это, если мы измерим содержимое регистра, то увидим только одно из этих чисел. Однако, мы можем начать производить нетривиальные квантовые вычисления, так как, если регистр приготовлен в суперпозиции большого числа различных чисел, мы можем выполнять математические операции одновременно над ними всеми.
Например, если кубиты - это атомы, то соответствующим образом подобранные лазерные импульсы влияют на их электронные состояния, и начальная суперпозиция закодированных чисел развивается в другую суперпозицию. В процессе такой эволюции каждое число в суперпозиции подвергается воздействию, так что мы производим большой объем параллельных вычислений. Следовательно, квантовый компьютер может за один шаг вычислений произвести одну операцию над, скажем, 2L различными входными числами, и результат будет суперпозицией всех соответствующих чисел на выходе. Для того чтобы выполнить такую же задачу, любой классический компьютер должен повторить вычисления 2L раз, или использовать 2L различных параллельно работающих процессоров. Таким образом, квантовый компьютер предоставляет огромный выигрыш в использовании вычислительных ресурсов, таких как время и память - хотя бы только для определенных типов вычислений.
132 Концепция квантовых вычислений
4.1.3 Квантовые алгоритмы
Какого типа? Как мы уже говорили, это не обычное хранение информации, поскольку, хотя компьютер теперь содержит все результаты 2L вычислений, законы физики позволяют нам увидеть только один из них. Тем не менее, так же как один ответ «А» в эксперименте на Рис. 4.2. зависит от информации, распространявшейся вдоль каждого из двух путей, квантовая интерференция позволяет нам теперь получить один окончательный ответ, который логически зависит от всех 2L промежуточных результатов.
Предыдущая << 1 .. 42 43 44 45 46 47 < 48 > 49 50 51 52 53 54 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed