• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Komputery kwantowe o krok bliższe rzeczywistości

    04.03.2011. 16:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    W ostatnich latach komputery kwantowe straciły nieco na atrakcyjności. Aczkolwiek nowy algorytm kwantowy, który pokazuje, w jaki sposób można by wykorzystać komputer kwantowy do symulowania złożonego systemu cząstek wchodzących ze sobą w interakcje, budzi nadzieje, że niektóre z barier blokujących szersze zastosowanie informatyki kwantowej mogą zostać niedługo usunięte.

    Badania, których wyniki zaprezentowano w czasopiśmie Nature, zostały częściowo dofinansowane ze środków unijnych za pośrednictwem projektów QUERG (Splątanie kwantowe i grupa renormalizacyjna) i QUEVADIS (Inżynieria kwantowa przez rozpraszanie). Projekt QUERG otrzymał ponad 1,2 mln EUR od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) z tematu "Pomysły" Siódmego Programu Ramowego (7PR), a projektowi QUEVADIS przyznano 10 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" 7PR.

    Technologia kwantowa wykorzystuje dziwne właściwości materii w ekstremalnie małych skalach. Podczas gdy bit w tradycyjnym komputerze może być albo "1" albo "0", bit kwantowy - inaczej kubit - może być "1" i "0" jednocześnie. Dwa kubity mogą mieć jednocześnie cztery wartości, trzy kubity osiem i tak dalej.

    W odpowiednich warunkach wykonywanie obliczeń za pomocą bitów kwantowych odpowiada przeprowadzaniu wielu równoległych obliczeń klasycznych. Niemniej odpowiednie warunki występują znacznie rzadziej niż to na początku zakładali naukowcy.

    "Pierwotny impuls do budowy komputera kwantowego dał Richard Feynman, który wyobraził sobie maszynę zdolną do symulowania uniwersalnych, kwantowych systemów mechanicznych - zadanie uważane za niewykonalne dla tradycyjnych komputerów" - czytamy w artykule.

    W ciągu ostatniej dekady w laboratoriach powstawały komputery kwantowe wyposażone w 12 lub 16 kubitów, ale informatyka kwantowa jest tak młodą dziedziną, a jej fizyka tak sprzeczna z intuicją, że naukowcy nadal pracują nad teoretycznymi narzędziami, aby móc objąć ją koncepcyjnie.

    By lepiej zrozumieć fizykę systemu kwantowego cząstek wchodzących ze sobą w interakcje, naukowcy z Austrii, Kanady i Niemiec podjęli próbę sprawdzenia, w jaki sposób zmiany, którym podlega system kwantowy można by odtworzyć w uniwersalnym komputerze kwantowym. W tym celu podjęli poszukiwania kwantowej wersji klasycznego algorytmu Metropolisa.

    Algorytm nazwany od nazwiska fizyka Nicholasa Metropolisa, członka grupy, która go opracowała i przedstawiła w 1953 r. nie znalazł praktycznego zastosowania, aż do momentu pojawienia się pierwszych komputerów. Klasyczna wersja tego algorytmu wykorzystywała mapy stochastyczne, które zbiegały się (przez wiele iteracji) do stanu równowagi.

    W kwantowej wersji algorytmu Metropolisa zespół wykorzystał natomiast w pełni dodatnie mapy amplitud prawdopodobieństwa, chociaż wiązało się to z wprowadzeniem kilku problemów, zwłaszcza zmian fazy kwantowej, które mogą prowadzić do niedokładnych obliczeń.

    Jednakże wprowadzenie nowego algorytmu kwantowego może mieć dalekosiężne zastosowania w dziedzinie chemii, skondensowanej materii i fizyki wielkich energii, w których do tej pory równanie Schrödingera pozostaje nierozwiązane w przypadku złożonych systemów wielu cząstek wchodzących ze sobą w interakcje.

    "Chociaż wprowadzenie tego algorytmu do kompletnych, kwantowych problemów wielociałowych może pozostawać poza zasięgiem dzisiejszych możliwości technologicznych, algorytm jest skalowalny do takich rozmiarów systemu, jaki są interesujące w kontekście rzeczywistych symulacji fizycznych" - twierdzą naukowcy.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Algorytm kwantowy – rodzaj algorytmu przeznaczonego do działania na maszynie kwantowej (komputer kwantowy). Dotychczas powstało kilkanaście algorytmów wykorzystujących możliwości oferowane przez maszyny kwantowe. Należą do nich algorytmy Grovera, Deutscha, Simona, Shora, Kitaeva i Bernsteina-Vaziraniego.

    Algorytm kwantowy – rodzaj algorytmu przeznaczonego do działania na maszynie kwantowej (komputer kwantowy). Dotychczas powstało kilkanaście algorytmów wykorzystujących możliwości oferowane przez maszyny kwantowe. Należą do nich algorytmy Grovera, Deutscha, Simona, Shora, Kitaeva i Bernsteina-Vaziraniego.

    Bramki kwantowe – proste elementy wykonujące podstawowe obliczenia przeprowadzane przez algorytmy kwantowe. Bramki kwantowe stanowią podstawowe operacje realizowane przez komputery kwantowe i służą do przetwarzania informacji kwantowej. Bramki kwantowe na schematach obwodów kwantowych oznaczamy za pomocą ramek, a w obliczeniach stosujemy postać macierzy unitarnych.

    Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

    Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

    Główna liczba kwantowa (n) - pierwsza z liczb kwantowych opisujących układ kwantowy określająca energię układu, np. energię elektronów w atomie. Przyjmuje ona wartości liczb naturalnych n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7... Stany kwantowe o tej samej wartości głównej liczby kwantowej tworzą powłokę elektronową, zwaną poziomem energetycznym. Powłoki te oznacza się kolejno K, L, M, N, O, P, Q. Powłoce K odpowiada n = 1, powłoce L odpowiada n = 2...

    Algorytm Deutscha–Jozsy - algorytm kwantowy utworzony przez Dawida Deutscha i Richarda Jozsę w 1992 poprawiany później przez Richarda Cleve, Artura Ekerta, Chiarę Macchiavello i Michele Mosca w 1998. Sam algorytm nie ma dużej wartości praktycznej - jest to jeden z pierwszych przykładów algorytmu kwantowego, który jest wykładniczo szybszy od każdego możliwego deterministycznego, klasycznego algorytmu. Algorytm Deutscha-Jozsy jest również deterministyczny, to znaczy zawsze zwraca poprawną odpowiedź.

    Dodano: 04.03.2011. 16:49  


    Najnowsze