|  | 1 января 2013 | Информационные технологии

Новая компьютерная система будет сочетать в себе преимущества классических и квантовых вычислений

Элементы бозонного компьютера


Новый вид компьютерной вычислительной системы, сочетающей в себе все преимущества традиционных и квантовых вычислений, может стать конкурентом квантовым компьютерам, которые так или иначе появятся в будущем и будут иметь вычислительную мощность, во много раз превосходящую мощность современных компьютеров. Квантовые компьютеры в своей работе полагаются на причудливые свойства атомов или других фундаментальных частиц. Ведь мир в квантовом масштабе, на уровне, где доминирует квантовая физика, имеет нечеткую структуру, к примеру, объекты могут существовать одновременно в двух разных местах или вращаться сразу в двух противоположных направлениях.

Новый вид компьютерных систем работает на частицах-бозонах. Эти системы весьма напоминают квантовые компьютеры, принципы работы которых кардинально отличается от традиционных компьютеров. Обычные компьютеры оперируют данными, представленными как 1 и 0, которые называются битами. Основой работы квантовых компьютеров являются квантовые биты, кубиты, которые могут иметь значение, равное сразу и 1 и 0, известное как "суперпозиция". Такое положение вещей позволяет с помощью одного квантового бита производить одновременно два вычисления.

В принципе, благодаря своим необычным возможностям, квантовые компьютеры могут решать определенный круг задач намного быстрее классических компьютеров, благодаря тому, что они могут сразу рассчитать каждую возможную комбинацию. Квантовый компьютер с 300 кубитами может одновременно выполнить такое количество вычислений, которое сопоставимо с количеством атомов во всей Вселенной. Однако, сохранение и поддержание кубитов, находящихся в состоянии суперпозиции, является трудной с технической точки зрения задачей, и это является основной причиной задержки появления сверхмощных квантовых суперкомпьютеров уже сегодня.

Тем не менее, различные научные коллективы продолжают работать в направлении квантовых вычислений. И недавно, две независимые команды построили новый вид вычислительного устройства, который получил название компьютер на выборках бозонов (boson-sampling computer), который для простоты в дальнейшем будем называть бозонным компьютером. Ученые описали это как мост между традиционными и квантовыми вычислительными системами, хотя новый компьютер вовсю пользуется принципами квантовой физики. Несмотря на то, что бозонные компьютеры будут обладать меньшей вычислительной мощностью, нежели теоретический верхний предел квантовых компьютеров, они будут значительно мощней традиционных компьютеров при решении задач определенного класса.

В бозонном компьютере не используются квантовые биты, поэтому, "такую технологию создать намного проще, чем построить полномасштабный и полнофункциональный квантовый компьютер" - рассказал Мэтью Брум (Matthew Broome), ученый в области квантовой физики из университета Квинсленда в Австралии. Фактически, бозонные компьютеры являются более узкоспециализированными видами квантовых компьютеров, точнее, универсальных квантовых компьютеров.

"Основное различие между бозонными и универсальными квантовыми компьютерами - это то, что бозонные компьютеры не могут решить любую задачу, которая "по зубам" квантовому компьютеру" - рассказывает Мэтью Брум. - "Но тот узкий ряд задач, который подвластен бозонному компьютеру, слишком тяжел для решения на обычных компьютерах, поэтому бозонные компьютеры можно рассматривать как нечто промежуточное между обычными и универсальными квантовыми компьютерами".

Бозонные квантовые компьютеры работают, используя частицы-бозоны. "В нашем случае мы используем фотоны" - рассказывает Иэн Уолмсли (Ian Walmsley), физик из Оксфордского университета, Англия. - "Фотоны - это энергетические пакеты, из которых состоит свет, и они являются одним из видов бозонов".

Брум и Уолмсли работали в разных группах, каждая из которых разрабатывала собственный бозонный компьютер, базирующийся на понятиях, описанных теоретиком-программистом Скоттом Аэронсоном (Scott Aaronson) из Массачусетского технологического института. Эти компьютеры состоят из множества различных устройств, позволяющих производить единственные фотоны, связывать их в единую сеть, где они взаимодействуя друг с другом, производят вычислительные операции. А результат этих вычислений, закодированный в характеристиках конечных фотонов, считывается специальными чувствительными датчиками.

Вычислительные задачи, которые способен решать бозонный компьютер, весьма специфичны и лежат далеко за пределами возможностей обычных компьютерных систем. Производительность, вычислительная мощность, бозонных компьютеров зависит от числа бозонов или фотонов, участвующих в процессе вычислений. Команда Брума создала компьютер, оперирующий тремя фотонами, а команда Уолмсли - четырьмя фотонами.

Поскольку область создания бозонных компьютеров находится еще в самом зачаточном состоянии, еще тяжело даже предположить, получит ли дальнейшее распространение данная технология. Но, в любом случае, создание бозонного компьютера демонстрирует тот факт, что использование принципов квантовой механики в вычислениях позволит создать высокопроизводительные компьютерные системы. А бозонные компьютеры, в которых над вычислениями работают по 20-30 фотонов одновременно, могут иметь такую вычислительную мощность, по сравнению с которой суммарная вычислительная мощность всех суперкомпьютеров в мире будет казаться детской игрушкой.




Ключевые слова:
Компьютер, Вычислительная, Система, Квантовый, Механика, Физика, Кубит, Фотон, Частица, Бозон

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученые произвели сравнение производительности квантовых компьютеров разного ...
  • Компания Google пророчит появление полноценных квантовых компьютеров, спосо ...
  • Матрица из пяти сверхпроводящих кубитов - прототип будущего квантового проц ...
  • Квантовый компьютер D-Wave 2 обгоняет средний суперкомпьютер в 3600 раз
  • Новый квантовый компьютер может обогнать суперкомпьютер, размером с Вселенн ...

  • http://pedant.ru/remont-apple/macbook


    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.