Квантовые вычисления - Стин Э.
Скачать (прямая ссылка):
очередь, ведет ко многим ограничениям. Данное мнение ошибочно.
Действительно, любая квантовая система обладает непрерывным
пространственным состоянием. Однако то же самое можно сказать и о любой
классической системе, в том числе о цепях цифрового компьютера. Методы с
коррекцией ошибок, обеспечивающие исправление ошибок в квантовом
компьютере, ограничивают множество квантовых гейтов дискретным
множеством. Таким образом, как и в случае с классическим цифровым
компьютером, "допустимые" состояния квантового компьютера являются
дискретны-
Обсуждение
99
ми. Значимое различие между квантовыми и классическими вычислениями
заключаются в том, что для повышения точности результата, получаемого на
аналоговом устройстве, необходимо перестроить всю структуру компьютера, в
то время как при использовании цифровых устройств требуется лишь
увеличить число битов и операций. Невосприимчивый к ошибкам квантовый
компьютер имеет больше общего с цифровым, нежели с аналоговым
устройством.
Вследствие своей связи с кодированием информации, алгоритм Шора по
разложению на множители стимулировал исследования в данной области.
Однако мне кажется, что значимость алгоритма Шора заключается не только в
его возможном использовании в отдаленном будущем для разложения на
множители больших чисел. Он в большей степени является стимулом для
дальнейших поисков, поскольку доказывает существование нового мощного
типа вычислений, которые стали возможными, благодаря контролируемой
квантовой эволюции, и вследствие того, что данный алгоритм включает
некоторые новые методы вычислений. В настоящий момент большинство имеющих
практическую ценность достижений в области физики квантовой информации
связаны вовсе не с вычислениями, а с передачей квантового кода.
Еще двадцать лет любое экспериментально реализованное устройство не будет
соответствовать термину "квантовый компьютер". Неправильное использование
языка привело к тому, что любой карманный калькулятор называется
"компьютером" вследствие того, что данное слово было зарезервировано для
тех устройств общего назначения, которые в той или иной степени реализуют
понятие Универсальной Машины Тьюринга. Для того чтобы не вводить в
заблуждение, то же самое необходимо сказать и о квантовых компьютерах.
Однако несложные процессоры, оперирующие квантовой информацией, могут
послужить определенным целям. Например, понятия, определяемые квантовой
теорией информации, позволяют получить новые эффективные методы для
ядерного магнитного резонанса.
Можно обеспечить передачу квантового кода на большие расстояния и
повысить ее защищенность посредством встраивания небольших "передаточных
станций". Данные станции обеспечивают использование методов исправления
ошибок и повышения чистоты передачи. В качестве "передаточной станции"
можно использовать ионную ловушку совместно с HQ резонатором, что вполне
реализуемо для данного уровня технологического развития. Безусловно, в
ближайшем будущем станет
100
Глава 10
возможным осуществление очень захватывающего эксперимента - те-лепортации
квантового состояния из одной лаборатории в другую.
Контрастом значимости сложного квантового компьютера является сложность
его создания. Однако мало кто может сказать, что создание квантового
компьютера не достойно тех усилий по определению недостижимости или,
будем надеяться, достижимости данной задачи. Одно из главных последствий
использования процессора, оперирующего несколькими квантовыми битами, -
это более глубокое понимание потери когерентности в квантовой механике.
Перед экспериментальными исследованиями на ближайшие несколько лет стоит
следующая задача: чем жить надеждой, нужно проделать большой объем работ.
С теоретической точки зрения, существует два открытых вопроса: вопрос о
природе квантовых алгоритмов и вопрос об ограничении надежности квантовых
вычислений. Суть квантовых вычислений до сих пор не ясна. Также пока не
определен общий класс вычислительных задач, для которых посредством
квантовых методов можно найти эффективное решение. Существует ли огромное
число квантовых алгоритмов, которые еще только предстоит разработать, или
же их количество ограничивается лишь открытыми до настоящего момента?
Можно ли достичь значительной вычислительной мощности путем использования
менее 100 кубитов? Ответа на этот вопрос пока не существует, поскольку на
классических устройствах сложно сымитировать систему, состоящую даже из
20 кубитов. Что же касается надежности, то в этой области наблюдается
значительный прогресс, и можно с уверенностью сказать, что квантовые
вычисления не являются недостижимой мечтой. Сейчас можно определить
требования, достаточные для обеспечения надежных вычислений, включая,
например, некоррелированные стохастические помехи порядка 10~5 на гейт и
создания квантового компьютера в сто раз сложнее того логического
устройства, которое в нем находится. Однако можно ли опираться на
квантовую потерю когерентности для получения свойств, принятых в подобном
