Квантовые компьютеры #1. Введение

Идея квантовых вычислений впервые была высказана в 1980 году советским и американским математиком Юрием Маниным. Основная идея квантовых вычислений — использование квантовых эффектов для решения математических задач. В ходе измерений состояния квантовых систем квантовый компьютер согласно определенным алгоритмам выдает результат. В этой части мы разберем основные квантовые эффекты, которые позволяют производить эти вычисления.

Квантовомеханическая суперпозиция

Основное отличие квантовой механики от классической — мы почти не можем точно сказать, в каком состоянии находится сейчас объект, и это не потому, что у нас слишком плохие измерительные приборы, а потому, что он сам еще не определился, как себя вести. Типичный пример — кот Шрёдингера, жизнь которого зависит от распада атома, одновременно и живой и мертвый. Аналогичная ситуация с жителями Хиросимы в 1945: теоретически бомба могла и не взорваться. На самом деле, из-за применимости квантовой механики к обычному миру, такие случаи происходят постоянно, просто мы их не замечаем. В общем, в квантовой механике объект скорее всего находится в нескольких состояниях сразу. Состояние такого объекта описывается определенной «волновой» функцией, показывающей вероятность его нахождения в том или ином состоянии. Если состояние объекта можно записать числом 1 или 0, то такой объект называется кубитом и может эффективно использоваться в вычислениях.

Запутанность

, нормального изображения запутанности нет, ибо оно не существует, а рисовать я не умею"]">Это треки частиц в камере Вильсона, нормального изображения запутанности нет, ибо оно не существует, а рисовать я не умею

Казалось бы, квантовая механика принципиально отличается от классической совсем капельку, всего пара уравнений, но из этой пары уравнений следует нечто невероятное. Если мы возьмем и проведем какую-то особую операцию над квантовомеханическими телами (запутаем их), то сможем сказать по поведению одного из них, как ведет себя второе. Приведу пример. Есть два запутанных фотона, про которые мы знаем, что спины их направлены в разные стороны, но ни про один из которых не знаем точно, какой именно спин у него.
Очень важно понимать, что фотоны сейчас не имеют определенного спина благодаря эффекту суперпозиции: У каждого из них одновременно спин направлен и вверх, и вниз. Но как только мы проведем измерение одного фотона, второй, как бы далеко он ни был, тотчас же определяется со спином.

Операции

Основных типов квантовых операций в квантовых вычислениях всего два:
Квантовый вентиль или унитарное преобразование— это когда мы берем группу кубитов и как-то преобразуем их состояние.
Измерение — измерение позволяет нам вывести квантовые объекты из состояния суперпозиции и узнать их текущее значение. Скажем, у нас была суперпозиция направления спина фотона «вверх» и «вниз». Мы измерили напраление его спина и получилось «вниз». теперь никакой суперпозиции нет, она разрушена, мы точно знаем, что его направление «вниз», пока что-нибудь его не изменит.

Источник: m.vk.com

Комментарии: