Квантовые компьютеры: надежды и реальность - Валиев К.А.
Скачать (прямая ссылка):
6) пока еще не реализованные, как и предыдущие варианты твердотельных ЯМР квантовых компьютеров, квантовые компьютеры на квантовых точках с электронными орбитальными и спиновыми состояниями имеют ряд преимуществ перед ЯМР квантовыми компьютерами: они способны работать при более высоких температурах, чем полупроводниковые ЯМР квантовые компьютеры, имеют значительно более высокие тактовую частоту и величину измеряемого сигнала. Современная нанотехнология позволяет создавать квантовые структуры с практически неограниченным числом квантовых точек. Основной трудностью для них является относительно быстрая декогерентизация
344
Заключение
квантовых состояний, связанная с электрическим зарядом электрона и электрическими методами управления кубитами, для подавления которой нет хорошо разработанных методов. Выходом может быть использование для этого не электрических, а оптических ультраскоростных методов. Вариант квантовых компьютеров на квантовых точках наряду с полупроводниковыми вариантами ЯМР квантовых компьютеров тоже может рассматриваться в качестве базового при создании квантовых суперкомпьютеров;
7) сверхпроводниковый вариант квантового компьютера, несмотря на уже имеющиеся достижения в реализации отдельного кубита, имеет ряд трудностей, препятствующих пока тому, чтобы считать его наиболее подходящим в качестве основы для сверхкомпьютера. Они связаны с необходимостью жесткого контроля за совершенством изготовления туннельных джозефсоновских переходов, за временными характеристиками импульсных воздействий, с использованием для управления отдельными кубитами электрических схем, флуктуации напряжений в которых являются и здесь основной причиной декогерентизации. Система большого числа кубитов, связанная с электромагнитным окружением, представляет собой сложную нелинейную систему, в которой могут проявляться многие нежелательные нелинейные эффекты. Тем не менее этот вариант также может быть основой при разработке квантового суперкомпьютера.
Таким образом, наиболее перспективными с точки зрения возможности использования для создания полномасштабных квантовых компьютеров вариантами элементной базы представляются твердотельные варианты на ядерных спинах, на квантовых точках и сверхпроводниковых элементах. Однако, по-видимому, можно ожидать и появления таких комбинаций, в которых будут одновременно учитываться преимущества тех или других возможных вариантов.
Рассмотренные выше варианты квантовых компьютеров относятся к группе «обычных» квантовых компьютеров. Они предполагают использование достаточно изученных квантовых явлений. Не затронутыми в книге оказались обсуждаемые в последнее время так называемые «необычные» квантовые компьютеры, в которых в качестве базовых носителей информации — кубитов — в двухмерных и трехмерных системах рассматриваются частицы, подчиняющихся фермиевской статистике — фермионы. Это могут быть, например, электроны и дырки в полупроводнике. Состояние занятое фермионом в таких системах мо-
Заключение
345
жет представлять состояние «1», а незанятое — состояние «О». В качестве другого варианта «необычных» компьютеров рассматриваются также «бозонные» компьютеры, использующие свойства бозе-конденсата с нелинейным взаимодействием между бозонами, проявляющиеся, например, в фотонных кристаллах, в системах из нейтральных атомов в оптических ловушках. Наконец, рассматривались квантовые компьютеры, использующие экзотические частицы, не подчиняющиеся ни фер-миевской, ни бозевской статистике. Компьютер на анионах (anyone) — квазичастицах, отличающихся тем, что волновая функция аниона при обходе другого аниона приобретает произвольную фазу, был предложен А. Китаевым. Примером анионов являются элементарные возбуждения в двухмерном электронном газе в условиях квантового эффекта Холла. Привлекательным свойством анионных квантовых систем является возможность, используя нелокальную природу анионов, обеспечить защиту квантовых операций от влияния случайных помех.
Экспоненциально растущее количество публикаций по самым разным направлениям в области квантовых вычислений привело уже к тому, что стало невозможным сколько-нибудь полно охватить целый ряд вопросов, связанных, в частности, с помехоустойчивостью квантовых вычислений и методами исправления случайных ошибок, с методами подавления декогернентизации в квантовых системах, с формированием квантовых схем, выполняющих сложные квантовые алгоритмы (квантовая схемотехника), с процессами, приводящими к образованию хаотического состояния в системе многих связанных кубитов и многое другое. Каждый из указанных вопросов заслуживает детального рассмотрения.
Наступает Новый век и Новое тысячелетие. Будут новые открытия, идеи и решения.
Предметный указатель
а-аланин 204
1-хлоро-2-нитро-бензола 205
2.3-дибромопропановая кислота 206
2.3-дибромотиофен 177, 195
Адиабатическая динамическая логика 26
Адиабатическое быстрое прохождение резонанса 253
— переключение 290
— приближение 52, 334
