Calcul cuantic

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Calculul cuantic este setul de tehnici de calcul și studiul lor care folosesc quanta pentru a stoca și a procesa informații . Există multe diferențe cu informatica clasică, în special în principiile fundamentale .

Origini

Mașina Turing (MT) este o arhitectură de procesare utilizată pentru studiul computerelor tradiționale și a științei informației care a fost creată în scopul creării unui computer și care este construită pe baza axiomelor fizicii clasice : adică starea banda și capul sunt întotdeauna identificabile în mod unic, mișcările sunt întotdeauna reglementate de legile mișcării etc. Prin urmare, MT este total determinist (MTD). O variantă echivalentă, dar mai rapidă, este mașina probabilistică Turing (MTP). Poate rezolva orice problemă care poate fi rezolvată prin MTD, dar de obicei o face mai repede (în sensul teoriei complexității algoritmice ). Cu toate acestea, și ea este supusă axiomelor fizicii clasice și, mai presus de toate, niciuna dintre ele nu este reversibilă , datorită celei de- a doua legi a termodinamicii . Deoarece mecanica cuantică este reversibilă , la fel este și o mașină cuantică Turing (MTQ). De asemenea, trebuie să respecte constrângerile mecanicii cuantice , inclusiv principiul incertitudinii Heisenberg și ecuația Schrödinger .

Dezvoltarea unui MTQ, deci a unui computer cuantic , a necesitat mai mulți pași.

În 1973 Charles Bennett a demonstrat că este posibil să se construiască un MT reversibil. În 1980, Paul Benioff a demonstrat că reversibilitatea este o condiție necesară pentru realizarea unui MTQ. Doi ani mai târziu, Richard Feynman și-a publicat celebra lucrare pe computerul cuantic . În acesta, se afirmă că:

  1. Un MTD poate simula un sistem cuantic numai cu o încetinire exponențială (în sensul teoriei complexității algoritmice ).
  2. Un computer bazat pe qubits nu este supus acestei limitări și, prin urmare, este un simulator cuantic universal .

În cele din urmă, în 1985 , David Deutsch de la Universitatea din Oxford a descris primul MTQ adevărat.

Primele prototipuri de computere qubit au fost realizate de Centrul de Cercetare Almaden al IBM în 1997, prin măsurarea centrifugării nucleelor ​​atomice ale anumitor molecule folosind rezonanța magnetică nucleară . Au fost create „procesoare” de 5 și 7 qubit, cu care algoritmul de factorizare Shor a fost aplicat pentru prima dată.

Descriere

Principii

Regulile care stau la baza calculului cuantic diferă considerabil de cele clasice și par mult mai restrictive. De fapt, este posibil să se arate că mașinile Turing cuantice (MTQ) nu numai că permit obținerea aceleiași fiabilități în calcule, dar sunt capabile să îndeplinească sarcini pe care mașinile Turing clasice nu le pot face: de exemplu, generează numere cu adevărat aleatorii și nu pseudo -Aleatoriu.

Acestea sunt principiile: [1]

  1. fără clonare : informațiile cuantice nu pot fi copiate cu fidelitate absolută și, prin urmare, nici măcar citite cu fidelitate absolută; [2]
  2. informațiile cuantice pot fi în schimb transferate cu fidelitate absolută, atâta timp cât originalul este distrus în proces. Teleportarea cuantică a fost realizată pentru prima dată de Nielsen, Klinn și LaFlamme în 1998 ;
  3. orice măsurare efectuată pe un sistem cuantic distruge majoritatea informațiilor, lăsându-le într-o stare de bază . Informațiile distruse nu pot fi recuperate. Aceasta este o derivare directă din postulatele mecanicii cuantice (PMQ);
  4. chiar dacă în unele cazuri este posibil să știm exact în ce stare de bază se va afla sistemul după o măsurare, de cele mai multe ori vom avea doar predicții probabilistice. Și asta vine direct de la PMQ-uri;
  5. unele observabile nu pot avea simultan valori definite cu precizie, datorită principiului incertitudinii lui Heisenberg . Acest lucru ne împiedică atât să stabilim exact condițiile inițiale înainte de calcul, cât și să citim rezultatele cu precizie;
  6. informațiile cuantice pot fi codificate și, de obicei, se fac prin corelații nelocale între diferite părți ale unui sistem fizic. În practică, se utilizează încurcarea .

Abordări ale qubitului

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: atomul Rydberg .

Un qubit fizic poate fi realizat prin capcane de ioni, puncte cuantice sau rotiri atomice în semiconductori, supraconductori și fotoni [3] . Alternativ, există abordarea topologică , aleasă de exemplu de Microsoft pentru a crea un computer cuantic și bazată pe proprietățile gazelor electronice bidimensionale, care, dacă ar fi implementate, ar permite o rezistență mai mare la fenomenele de decoerență sau perturbare care îl afectează pe primul.

Critici

Unii critică posibilitățile de calcul cuantic, deoarece este nevoie de timp și energie pentru a avea precizii ridicate atât la intrare, cât și la ieșire. Acest lucru este cu siguranță adevărat, cu toate acestea, există un aspect care este subestimat: precizia este infinită în timpul calculului. Aceasta înseamnă că, în timpul procesării complexe, nu există alte erori de ștergere , revărsări sau deborduri cauzate de reprezentarea digitală , așa cum se întâmplă cu procesoarele binare. Cu alte cuvinte, un algoritm cuantic este întotdeauna stabil , cu excepția intrării și a ieșirii.

Notă

  1. ^ Alexandr S. Holevo , pe Mi.ras.ru. Adus la 4 decembrie 2018 .
  2. ^ William Wootters ( 1982 )
  3. ^ Mintea artificială , E. Prati, Capitolul 3 Calculatoare cuantice, EGEA (2017)

Bibliografie

Lecturi tehnice

Cărți și documente

Articole

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 45999 · GND (DE) 4705961-8
Cuantic Portal cuantic : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de cuantică
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Informatica_quantistica&oldid=122433687 ”