• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
2275
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