Квантовая логика

Квантовый компьютер в отличие от обычного оперирует не битами, способными принимать значение либо 0, либо 1, а квантовыми битами, имеющими значения одновременно и 0, и 1. Квантовый бит - или кубит (q-бит, quantum bit) наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.

Состояние, при котором квантовый бит принимает одновременно значение 0 и 1 с некоторой долей вероятности, называется суперпозицией. Принцип суперпозиции - это одно из основных свойств квантовой механики, благодаря которому квантовые вычисления позволяют выполнять ряд задач недоступных для современных компьютеров.

Чтобы понять принцип суперпозиции, представим себе монету. Если монета лежи на столе, она может принимать два граничных (или конечных) значения - орел и решка. Если монету подбросить в воздух, заставив ее вращаться, то в этом состоянии монета может принимать значение орел и значение решка. Вот это состояние монеты, при котором она с некоторой долей вероятности может принимать значение орел, и с некоторой долей вероятности - значение решка, и есть состояние суперпозиции. 

Суперпозиция квантовых битов нарушается, как только мы пытаемся любым способом измерить (узнать) состояние кубита. Как например если мы поймаем монету, мы получим одном из двух состояний - орел или решка, но суперпозиция (то есть постоянное вращение и изменение граничных состояний) будет нарушена. 

И такое свойство квантовых битов дает квантовым устройствам существенные преимущества. К примеру, два бита классического компьютера кодируют одно из четырех возможных состояний - 00, 01, 10 или 11. Два бита квантового компьютера кодируют одновременно все эти четыре состояния.  Три бита классического компьютера кодируют одно из трехбитных состояний, например, 110, тогда как три кубита - одновременно все 8 состояний - 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. И так далее.

 

Кроме того, есть еще одно свойство квантового мира - запутанность квантовых состояний. Кубиты могу быть запутаны друг с другом, то есть между ними может быть связь, выражающаяся в том, что при всяком изменении одного из связанных кубитов, мгновенно изменяются остальные. 

Несмотря на то, что мы сами не можем непосредственно наблюдать состояние кубитов, между собой они могут обмениваться своим состоянием и могут его преобразовывать. 

Благодаря особым свойствам квантовых объектов - кубитов - квантовые компьютеры могут эффективно выполнять задачи, требующие множества параллельных вычислений. Любые задачи, требующие перебора возможных решений, гораздо быстрее решить на квантовом вычислительном устройстве, чем на классическом. Кроме того, есть задачи, которые современные компьютеры в принципе не могут решить за какой-то конечный промежуток времени. Именно для таких целей ученые и работают над созданием квантового компьютера.

последние новости

Подписаться на новости SCDAILY