Organizacja i architektura komputerów kwantowych

Jakie urządzenia i ich połączenia są używane razem z procesorami kwantowymi? Czy są kompatybilne z urządzeniami sprzętowymi, takimi jak pamięć podręczna, pamięć RAM, dyski obecnych komputerów?

To, co określasz jako aktualne komputery, nazywa się architekturą von Neumanna . Podejście to jest jednym z wielu sposobów myślenia o obliczeniach klasycznych. Istnieją też inne podejścia klasyczne, które mogą, ale nie muszą, mieć odpowiednie uogólnienia w obliczeniach kwantowych . Architektura von Neumanna wydaje się mało prawdopodobna w obliczeniach kwantowych , ze względu na jej trudność zarówno od strony teoretycznej, jak i implementacyjnej.

Jednak, jak wspomniałem w cstheory , jest artykuł na temat implementacji architektury kwantowej von Neumanna. Robią to za pośrednictwem kubitów nadprzewodzących, oczywiście implementacja jest bardzo mała, z zaledwie 7 częściami kwantowymi: dwoma kubitami nadprzewodzącymi, szyną kwantową, dwiema pamięcią kwantową i dwoma rejestrami zerowania. Umożliwia to ich kwantowemu procesorowi wykonywanie bramek jedno-, dwu- i trzy-kubitowych na kubitach, a pamięć pozwala na zapisywanie, odczytywanie i zerowanie kubitów (danych). Wdrożenie kwantowej superpozycji bramek jest bardzo trudne, dlatego program jest przechowywany klasycznie.

Bardziej prawdopodobne modele komputerów kwantowych do wdrożenia obejmują: modele oparte na pomiarach, topologiczne i adiabatyczne. Typowe implementacje tych modeli bardziej przypominają eksperymenty fizyki (którymi są!) Niż komputery. Niektóre z typowych strategii wdrażania obejmują uwięzione jony, optykę kwantową i obwody nadprzewodzące.

Podejście oparte na obwodach zostało oparte na układach scalonych i faktycznie D-Wave (wydzielona z UBC w Vancouver) twierdzi, że zbudował komputery podobne do kwantowych, używając modelu adiabatycznego do wdrożenia kwantowego symulowanego wyżarzania. Udało im się sprzedać ten komputer Lockheed Martin, ale ich podejście spotkało się z dużym sceptycyzmem .

Wreszcie podejście NMR wspomniane przez @RanG. jest interesujące, ale podejrzewa się, że nie jest równoważne pełnemu obliczeniu kwantowemu. Jest to odpowiednik jednoznacznego modelu kubitowego (znanego również jako DQC1) i podejrzewa się, że jest on znacznie słabszy niż pełne obliczenia kwantowe.

Nie całkiem. Komputery kwantowe będą musiały być w stanie przetwarzać bity kwantowe (kubity) zamiast bitów „klasycznych”.

Obecne urządzenia (pamięci RAM, dyski) używają współczesnych technologii do utrzymywania klasycznych bitów: na przykład ogniwo pamięci (powiedzmy kondensator) o wysokim napięciu „trzyma” wartość bitu „1”; jeśli napięcie jest niskie, bit ma wartość „0”.

Kubity są „realizowane” przez bardzo małe „cząstki”: fotony, atomy, małe cząsteczki, a ich „stan” (poziom energii itp.) Jest „wartością”. Nie można ich na przykład zapisać za pomocą kondensatora.

Jednak komputer kwantowy na pewno będzie miał „klasyczne” części (jak na przykład połączenie dwóch komputerów, jeden jest klasyczny i jeden kwantowy; jeśli trzeba wykonać obliczenia, część klasyczna będzie aktywna; gdy potrzebny jest efekt kwantowy, część kwantowa będzie aktywna). Komputer kwantowy będzie więc używał standardowych pamięci RAM, DYSKÓW, a także innych urządzeń kwantowych.

Dla samych urządzeń kwantowych: zależy to w dużej mierze od implementacji. Urządzenia optyczne będą używane do manipulowania fotonami.Komputery NMR będą musiały mieć gigantyczne magnesy itp. (Nie jestem tak naprawdę zaznajomiony z implementacją, ale wikipedia wydaje się mieć kilka przykładów, od których możesz zacząć).