• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
649
Раздел: Физика

Некоторые элементы квантовой информатики

Квантовый характер таких объектов проявляется в том, что они обладают дискретным набором возможных состояний, которые можно «переключать», воздействуя на них электромагнитным излучением. Фактически, они могут выступать в роли своеобразных логических элементов, на основе которых может быть создана вычислительная система. Так появилась новая наука – квантовая информатика, которая пока что делает лишь первые шаги. Но некоторые ее практические приложения, такие как квантовая криптография, позволяющая создать абсолютно защищенный канал передачи данных, могут использоваться уже в самом ближайшем будущем

Создание экспериментальных методов управления отдельными квантовыми системами привело к появлению новой и необычной области науки – квантовой информатики. Отдельные атомы, азотные вакансии, одиночные фотоны могут выступать в роли логических ячеек, но подчиняются особой квантовой логике. Это позволяет создавать невычислимые системы, способные решить невычисляемые с помощью обычных компьютеров задачи. Синтез информатики и квантовой физики рождает новые технологии в передаче и кодировании информации – квантовую криптографию, позволяющую создать абсолютно защищенный канал передачи данных.

Исследование отдельных квантовых систем, ставшее возможным благодаря развитию и совершенствованию тонких экспериментальных методов, является принципиально новым и многообещающим подходом к изучению природы. Эксперименты с отдельными ионами и нейтральными атомами, взаимодействующими с одиночными фотонами, в 2012 г. были отмечены Нобелевской премией по физике.

Юрий Иванович Манин – российский математик, член-корреспондент РАН, один из основоположников квантовой информатики.
С 1960 по 1992 г. работал в отделе алгебры Математического института им. В. А. Стеклова АН СССР. C 2002 г. по настоящее время – профессор Северо-западного университета, США. Является прототипом математика Вечеровского в книге братьев Стругацких «За миллиард лет до конца света» Фото: Archives of the Mathematisches Forschungsinstitut Oberwolfach

Квантовый характер таких объектов проявляется в том, что они обладают дискретным набором возможных состояний, которые можно «переключать», воздействуя на них электромагнитным излучением. И, фактически, они могут выступать в роли своеобразных логических элементов, на основе которых может быть создана вычислительная система.

Вычислить невычислимое

Кубит или элемент квантового компьютера представляет собой квантово-механический объект, обладающий двумя возможными состояниями. Например, это может быть атом в магнитном поле с двумя возможными направлениями собственного магнитного момента (спина). Промежуточных направлений спина в квантовом случае нет, измерение будет всегда показывать спин, направленный либо вверх, либо вниз – в зависимости от состояния. Однако квантовый объект может находиться и в особом состоянии, называемом суперпозицией, являющемся суммой основных состояний. В этом случае измерение может дать как спин, направленный вверх (│0〉), так и направленный вниз (│0〉) – с определенной вероятностью. Сфера Блоха – удобный способ изображать квантовые состояния и их суперпозиции. Суперпозиция двух состояний может быть также записана в следующей форме: │Ψ₁〉=cosθ│0〉+eⁱᵠ sinθ│1〉Графически, такое состояние кубита может быть изображено точкой на сфере Блоха. Положение точки задано углами θ и ψ Зачем же нужны квантовые компьютеры? Ведь, казалось бы, обычные вычислительные системы сегодня достаточно мощны, а развитие методов параллельных вычислений позволяет увеличивать скорость расчетов...

comments powered by HyperComments
#
beterov@isp.nsc.ru
К.ф.-м.н.
старший научный сотрудник лаборатории нелинейных резонансных процессов и лазерной диагностики ИФП СО РАН, доцент кафедры квантовой электроники ФФ НГУ, доцент кафедры оптических информационных технологий ФТФ НГТУ

Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН

Новосибирский государственный университет

Научный центр клинической и экспериментальной медицины СО РАМН