Проблеми створення квантових комп’ютерів

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Квантовий комп’ютер » Проблеми створення квантових комп’ютерів

1233504883_3

Коли почався бум навколо квантових обчислень, фізики висловлювалися про це більше ніж скептично. Модель квантових обчислень не суперечить законам природи, але це ще не означає, що її можна реалізувати. Наприклад, можна пригадати створення атомної зброї і керований термоядерний процес.

А якщо говорити про КК, треба відзначити одну дуже серйозну проблему. Річ у тому, що будь-яка фізична реалізація буде наближеною. По-перше, ми не зможемо зробити прилад, який даватиме нам довільний вектор фазового простору. По-друге, робота будь-якого пристрою схильна до усіляких випадкових помилок. А вже в квантовій системі — пролетить який-небудь фотон, провзаємодіє з одним із спинів, і все зміниться. Тому відразу виникло питання, чи можна, хоча б у принципі, організувати обчислення на ненадійних квантових елементах, щоб результат виходив з скільки завгодно великою достовірністю. Така задача для звичних комп’ютерів розв’язується просто — наприклад, за рахунок введення додаткових бітів.

У разі КК ця проблема набагато глибша. Те місце, де виникає нова якість KО у порівнянні із звичними обчисленнями, — це якраз зчеплені стани — лінійні комбінації базисних векторів фазового простору. У вас є біти, але вони не самі по собі живуть в якихось станах — це був би просто комп’ютер (комп’ютер, що дає ту або іншу відповідь з певною вірогідністю) вірогідності, — а вони знаходяться в якомусь змішаному стані, причому погоджено-змішаному. Через це в КК не можна, наприклад, просто узяти і скопіювати один біт в інший! Звична інтуїція з теорії алгоритмів тут непридатна.

Отже, проблема надійності досить складна, навіть на рівні чистої теорії. Ті люди, які активно займаються KО, активно її вирішували і добилися успіху: доведено, що, як і в класиці, можна робити обчислення на елементах із заданою надійністю скільки завгодно точно. Це реалізовано за допомогою якогось аналога кодів, які виправляють помилки.

Що стосується технічної сторони з’являються повідомлення, що створюються реальні квантові системи з невеликим числом бітів — з двома, скажемо. Експериментальні, в залізі, так би мовити.

Отже, експерименти є, але поки дуже далекі від реальності. Два біти — це і для класичного і для квантового комп’ютера дуже мало! Щоб моделювати молекулу білка, потрібно порядка ста тисяч кубітів. Для ДЛ, щоб розкривати шифри, достатньо тисячі кубітів.

Задача ця виникла дуже недавно, і не виключено, що вона вимагатиме якихось фундаментальних досліджень в самій фізиці. Тому в недалекому майбутньому чекати появи квантових комп’ютерів не доводиться.

Але можна чекати розповсюдження через не дуже довгий час квантових криптографічних систем. Квантова криптографія дозволяє обмінюватися повідомленнями так, що ворог, якщо спробує підслуховувати, зможе хіба що зруйнувати ваше повідомлення. Тобто воно не дійде до адресата, але перехопити його у принципі буде не можливо. Подібні системи, які вже реалізовані, використовують світловід. Універсальний КК тут не потрібен. Потрібен спеціалізований квантовий пристрій, здатний виконувати тільки невеликий набір операцій, — свого роду квантовий кодек.

До фізичної системи, що реалізує квантовий комп’ютер, можна висунути п’ять вимог.

1. Система повинна складатися з точно відомого числа частинок.

2. Повинна бути можливість привести систему в точно відомий початковий стан.

3. Ступінь ізоляції від зовнішнього середовища повинен бути дуже високий.

4. Треба вміти змінювати стан системи згідно із заданою послідовністю унітарних перетворень її фазового простору.

5. Необхідно мати нагоду виконувати «сильні вимірювання» стану системи (тобто такі, які переводять її в один із чистих станів).

З цих п’яти задач найважчими вважаються третя і четверта. Від того, наскільки точно вони розв’язуються, залежить точність виконання операцій. П’ята задача теж вельми неприємна, оскільки виміряти стан окремої частинки нелегко.

Оставьте комментарий к статье