Komputer kwantowy
Komputer kwantowy to model budowy komputera. Chodzi o to, że komputery kwantowe mogą wykorzystywać pewne zjawiska z mechaniki kwantowej, takie jak superpozycja i splątanie, do wykonywania operacji na danych. Podstawow± zasad± obliczeń kwantowych jest to, że wła¶ciwo¶ci kwantowe mog± być wykorzystane do reprezentacji danych i wykonywania na nich operacji. Model teoretyczny to kwantowa maszyna Turinga, znana również jako uniwersalny komputer kwantowy.
Idea obliczeń kwantowych jest wciąż bardzo nowa. Eksperymenty zostały przeprowadzone. Wykonano w nich bardzo małą liczbę operacji na qubitach (bit kwantowy). Zarówno praktyczne jak i teoretyczne badania trwają z zainteresowaniem, a wiele krajowych rządowych i wojskowych agencji finansujących wspiera badania nad obliczeniami kwantowymi w celu opracowania komputerów kwantowych zarówno do celów cywilnych jak i wojskowych, takich jak kryptoanaliza.
Dzisiejsze komputery, zwane "klasycznymi", przechowują informacje w formacie binarnym; każdy bit jest włączony lub wyłączony. Obliczenia kwantowe wykorzystują qubity, które oprócz tego, że mogą być włączone lub wyłączone, mogą być zarówno włączone, jak i wyłączone, co jest sposobem na opisanie superpozycji, aż do wykonania pomiaru. Stan kawałka danych w normalnym komputerze jest znany z pewnością, ale w obliczeniach kwantowych wykorzystuje się prawdopodobieństwo. Zbudowano tylko bardzo proste komputery kwantowe, chociaż wynaleziono większe konstrukcje. Obliczenia kwantowe wykorzystują specjalny rodzaj fizyki, fizykę kwantową.
Jeśli uda się zbudować duże komputery kwantowe, będą one w stanie rozwiązać niektóre problemy znacznie szybciej niż jakikolwiek istniejący obecnie komputer (np. algorytm Shor'a). Komputery kwantowe różnią się od innych komputerów, takich jak komputery DNA i tradycyjne komputery oparte na tranzystorach. Niektóre architektury obliczeniowe, takie jak komputery optyczne, mogą wykorzystywać klasyczne superpozycje fal elektromagnetycznych. Bez kwantowych zasobów mechanicznych, takich jak splątanie, ludzie uważają, że przewaga wykładnicza nad klasycznymi komputerami nie jest możliwa. Komputery kwantowe nie mogą wykonywać funkcji, które nie są teoretycznie obliczalne przez klasyczne komputery, innymi słowy, nie zmieniają one tezy Kościoła - Turyngii. Potrafiłyby jednak robić wiele rzeczy znacznie szybciej i wydajniej.
Sfera Blocha jest reprezentacją qubita, podstawowego elementu składowego komputerów kwantowych.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest komputer kwantowy?
O: Komputer kwantowy to model budowy komputera, który wykorzystuje pewne idee mechaniki kwantowej, takie jak superpozycja i splątanie, do wykonywania operacji na danych.
P: Czym różni się od komputerów klasycznych?
O: Komputery klasyczne przechowują informacje w postaci binarnej; każdy bit jest albo włączony, albo wyłączony. W obliczeniach kwantowych wykorzystuje się qubity, które mogą być zarówno włączone, jak i wyłączone do momentu dokonania pomiaru. W normalnym komputerze stan kawałka danych jest znany z całą pewnością, natomiast w obliczeniach kwantowych wykorzystuje się prawdopodobieństwo.
P: Jakie są niektóre potencjalne zastosowania komputerów kwantowych?
O: Potencjalne zastosowania obejmują kryptoanalizę (łamanie kodów) i rozwiązywanie problemów znacznie szybciej niż jakikolwiek obecny komputer (np. algorytm Shora).
P: Czy oprócz komputerów kwantowych istnieją inne rodzaje komputerów?
O: Tak, istnieją inne rodzaje komputerów, takie jak komputery DNA i tradycyjne komputery oparte na tranzystorach. Niektóre architektury obliczeniowe, jak np. komputery optyczne, mogą również wykorzystywać klasyczną superpozycję fal elektromagnetycznych.
P: Czy teza Churcha-Turinga ma zastosowanie do obliczeń kwantowych?
O: Tak, komputery kwantowe nie mogą wykonywać funkcji, które teoretycznie nie są możliwe do obliczenia przez komputery klasyczne; nie zmieniają one tezy Churcha-Turinga. Jednak byłyby w stanie wykonać wiele rzeczy znacznie szybciej i wydajniej niż maszyny klasyczne.
P: Czy udało się już przeprowadzić obliczenia kwantowe na dużą skalę?
O: Nie, przeprowadzono tylko bardzo proste eksperymenty z wykorzystaniem qubitów (bitów kwantowych), chociaż wynaleziono większe konstrukcje. Praktyczne i teoretyczne badania są kontynuowane z zainteresowaniem, aby rozwinąć możliwości obliczeń kwantowych na dużą skalę dla celów cywilnych i wojskowych.
