Κβαντικός υπολογιστής και τα κύρια μέρη του ως σήμερα

Κβαντικός υπολογιστής και τα κύρια μέρη του ως σήμερα

O Κβαντικός υπολογιστής και τα κύρια μέρη του ως σήμερα:

Ο κβαντικός επεξεργαστής.

Ο κβαντικός υπολογιστής αποτελείται από έναν ή περισσότερους κβαντικούς καταχωρητές αλλά και από ένα συνδυασμό κβαντικών πυλών. Η επεξεργαστική δομή των κβαντικών υπολογιστών διαφέρει συγκριτικά με την κεντρική μονάδα επεξεργασίας των κλασσικών υπολογιστών. Ο κλασσικός επεξεργαστής (c.p.u.) εκτελεί ένα συνδυασμό λογικών πράξεων μέσω ψηφιακών κυκλωμάτων με χρήση πυλών σε συνδυασμό με το λογισμικό που υποστηρίζει το υλικό του υπολογιστή. Στον κβαντικό επεξεργαστή  δεν έχει ακόμα βρεθεί φόρμουλα λειτουργίας με προγραμματιζόμενη αρχιτεκτονική και επικοινωνία υλικού και λογισμικού και ουσιαστικά είναι ένας όρος που δεν ταυτίζεται με τον επεξεργαστή των κλασσικών υπολογιστών.

Ένα σύνολο από διατεταγμένα qubits (δύο ή περισσότερα στον χώρο Hilbert δηλαδή στον διανυσματικό χώρο απείρων διαστάσεων) αποτελεί ένα κβαντικό καταχωρητή .

qubit-register

Στους κλασσικούς υπολογιστές ο καταχωρητής αποτελείται από ένα σύνολο bits. Η πληροφορία για παράδειγμα, δύο μόνο qubits είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των δύο bits του κλασσικού υπολογιστή. Αυτό συμβαίνει γιατί στον δύο bit καταχωρητή των κλασσικών υπολογιστών αποθηκεύονται κάθε φορά δύο (ή τέσσερις) δυαδικοί σχηματισμοί, οι 00, 01, 10 και 11.

Αντιθέτως στον δύο qubit καταχωρητή ενός κβαντικού υπολογιστή μπορούν να αποθηκευτούν και οι τέσσερις σχηματισμοί ταυτοχρόνως καθώς κάθε qubit αναπαριστά δύο τιμές.

Ο κβαντικός υπολογιστής που αποτελείται από δύο qubits είναι ένα σύστημα τεσσάρων βασικών καταστάσεων λόγω υπέρθεσης. Τα άτομα που έχουν αλληλεπιδράσει διατηρούν ένα είδος δεσμού και μπορούν να εμπλέκονται μεταξύ τους σε ζεύγη. Λόγο του φαινομένου της υπέρθεσης, το άτομο που εξετάζεται δεν έχει διακριτή κατάσταση πριν γίνει η μέτρησή του spin, αλλά βρίσκεται ήδη και στις δύο καταστάσεις με spin πάνω και spin κάτω. Το spin ενός ατόμου που εξετάζεται καθορίζεται τη στιγμή της μέτρησης οπότε ανάλογα παίρνει και το άτομο με το οποίο αλληλεπιδρά την τιμή του .

Κβαντικός υπολογιστής και τα κύρια μέρη του ως σήμερα

Κβαντικές πύλες και κυκλώματα

Οι κβαντικές πύλες δεν είναι φυσικά συστήματα, αλλά αντιπροσωπεύουν μαθηματικές δράσεις που ασκούνται σε qubits ή σε κβαντικούς καταχωρητές. Σε αντίθεση με τους κλασσικούς υπολογιστές που αποτελούνται από κυκλώματα, ολοκληρωμένα και αγωγούς χάραξης πάνω στο τυπωμένο κύκλωμα για να διέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του οποίου μεταφέρεται η πληροφορία την οποία οι λογικές ψηφιακές πύλες την μετατρέπουν μετά από ψηφιακή επεξεργασία από είσοδο σε έξοδο (με τον πίνακα αληθείας ή το αντίστοιχο λογικό κύκλωμα), στους κβαντικούς υπολογιστές η πληροφορία δεν διέρχεται μέσα από τις κβαντικές πύλες αλλά βρίσκεται αποθηκευμένη σε qubits ή σε κβαντικούς καταχωρητές και παραμένει εκεί.

Οι κβαντικές πύλες είναι τελεστές (ορθομοναδιαίοι πίνακες) του χώρου Hilbert που δρουν σε qubits και σε κβαντικούς καταχωρητές αλλάζοντας την κατάστασή τους. Οι καταστάσεις των qubits και των κβαντικών καταχωρητών είναι διανύσματα στον χώρο Hilbert. Δηλαδή οι κβαντικές πύλες περιστρέφουν τα διανύσματα κατάστασης των qubits.

quantum-gates

Στα κβαντικά κυκλώματα δεν μεταφέρεται η κβαντική πληροφορία από μια κβαντική πύλη σε κάποια άλλη (όπως δηλαδή συμβαίνει στους κλασσικούς υπολογιστές). Στα κβαντικά κυκλώματα, προκειμένου να γίνουν οι κβαντικοί υπολογισμοί, η πληροφορία παραμένει στους κβαντικούς καταχωρητές και στα qubits.

quantum-gate-entglmnt

Ο σχεδιασμός των κβαντικών κυκλωμάτων γίνεται με ορισμένους συμβολισμούς κβαντικών πυλών και δείχνει την σειρά με την οποία δρουν οι κβαντικές πύλες στις κβαντικές καταστάσεις. Επίσης στα κβαντικά κυκλώματα δεν έχουμε διακλαδώσεις και βρόγχους. Το αποτέλεσμα ενός κβαντικού υπολογισμού που προκύπτει από το υπό περίπτωση μελέτης κβαντικό κύκλωμα θα είναι η τελική κατάσταση του κβαντικού καταχωρητή. Στους κβαντικούς υπολογιστές δεν μπορούμε να αντιγράψουμε την κατάσταση ενός qubit, δηλαδή δεν έχει βρεθεί (ακόμα τουλάχιστον) μια πύλη που να αντιγράφει την κατάσταση του qubit.

Κβαντικός υπολογιστής και τα κύρια μέρη του ως σήμερα

Κβαντικοί Αλγόριθμοι

Η δομή των κβαντικών αλγορίθμων είναι διαφορετική από αυτή των κλασσικών υπολογιστών. Η είσοδος ενός κβαντικού αλγορίθμου δέχεται n qubits, και κατόπιν δημιουργείται κβαντική υπέρθεση των καταστάσεων ώστε το αποτέλεσμα θα είναι να πάρουμε τα ανάλογα qubits εξόδου δηλαδή την πιθανότητα να συμβούν οι τελικές καταστάσεις.

quantum-algorithm

Η χρήση των κβαντικών αλγορίθμων γίνεται με την κατάλληλη χρήση κβαντικών πυλών. Το αποτέλεσμα της χρήσης των αλγορίθμων αποτυπώνει την πιθανότητα των καταστάσεων της μέτρησης δηλαδή η χρήση των κβαντικών αλγορίθμων έχει να κάνει με την αξιολόγηση των πιθανοτήτων και των νόμων που τους διέπουν. Επίσης η χρήση των αλγορίθμων προσβλέπει και στην ελαχιστοποίηση της πιθανότητας σφάλματος του αποτελέσματος που προκύπτει μετά την δράση τους.

Ο πρώτος κβαντικός αλγόριθμος που αναπτύχθηκε είναι ο αλγόριθμος του Deutsch το καλοκαίρι του 1984. Ο συγκεκριμένος αλγόριθμος αφορά μόνο τους κβαντικούς υπολογιστές και δεν εφαρμόζεται στους κλασσικούς υπολογιστές. Οι σημαντικότεροι κβαντικοί αλγόριθμοι είναι ο αλγόριθμος του Deutsch, ο αλγόριθμος του Shor και ο αλγόριθμος του Grover .

Κβαντικός υπολογιστής και τα Πρότυπα κατασκευής του ως σήμερα

Δες εδώ

Απάντηση

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για να μειώσει τα ανεπιθύμητα σχόλια. Μάθετε πώς υφίστανται επεξεργασία τα δεδομένα των σχολίων σας.