![](/user_photo/1363_n5AgO.jpg)
- •Семестр 2. Раздел 1. Архитектура эвм
- •Тема 6. Сетевые устройства: сетевые платы, сетевое оборудование 124
- •Тема 7. Параллельные архитектуры, графические процессоры. Языки cuda и OpenCl. Квантовые вычисления, днк-компьютеры, нанопроцессоры. 132
- •Тема 1. Архитектуры эвм. Принципы фон Неймана. Конвейеры. Тактовый генератор и резонаторы. Архитектура компьютера
- •Архитектура фон Неймана
- •Принципы фон Неймана
- •Гарвардская архитектура
- •Скалярный процессор
- •Векторный процессор
- •Вычислительный конвейер
- •[Править] Пузырек
- •Генератор тактовых импульсов
- •Кварцевый резонатор
- •Тема 2. Схема цпу, регистры, шины, мосты, чипсеты, слоты расширения, порты
- •Типовые структуры операционного блока микропроцессора
- •Системная шина микропроцессора
- •Принципы построения параллельного порта
- •Принципы построения последовательного порта
- •Синхронные последовательные порты
- •Асинхронные последовательные порты
- •Принципы построения микропроцессорных таймеров
- •Чипсеты современных компьютеров
- •Компоненты южного моста
- •Тема 3. Пзу, озу и способы их организации. Ассоциативная память (кэш). Пзу
- •Статические оперативные запоминающие устройства - озу (ram)
- •Кэширование, выполняемое операционной системой
- •Алгоритм работы кэша с отложенной записью
- •Алгоритм вытеснения
- •Политика записи при кэшировании
- •Кэширование интернет-страниц
- •Кэширование результатов работы
- •Тема 4. Накопители данных: накопители на жестких магнитных дисках, накопители на гибких магнитных дисках, накопители на магнитных лентах, оптические накопители, flash-память Жёсткий диск
- •Устройство
- •Гермозона
- •Устройство позиционирования
- •Блок электроники
- •Низкоуровневое форматирование
- •Геометрия магнитного диска
- •Адресация данных
- •Технологии записи данных
- •Метод продольной записи
- •Метод перпендикулярной записи
- •Метод тепловой магнитной записи
- •Накопитель на гибких дисках
- •Конструкция
- •Оптический диск
- •[Править] Некоторые параметры оптических дисков
- •Флеш-память
- •Принцип действия[1]
- •Nor и nand приборы
- •Slc и mlc приборы
- •[Править] Аудиопамять
- •[Править] Технологические ограничения
- •[Править] Специальные файловые системы
- •[Править] nand
- •Твердотельный накопитель
- •[Править] nand ssd
- •[Править] ram ssd
- •Тема 5. Устройства ввода и вывода данных: принтеры, сканеры, факс-модемы, мыши, клавиатуры, мониторы, электронная бумага Принтер
- •[Править] Классификация
- •[Править] Матричные принтеры
- •[Править] Сравнение с другими типами
- •[Править] Струйные принтеры
- •[Править] Классификация
- •[Править] Сублимационные принтеры
- •[Править] Сравнение с другими типами
- •[Править] Лазерные принтеры
- •[Править] Сравнение с другими типами
- •[Править] Другие принтеры
- •[Править] Интернет-принтеры
- •[Править] История и принципы работы
- •[Править] Обзор современных технологий цифровой печати
- •[Править] Картридж принтера
- •[Править] Печатающая головка
- •Копировальный аппарат
- •История
- •Модуляция
- •[Править] Виды модуляции
- •[Править] Аналоговая модуляция
- •[Править] Цифровая модуляция
- •[Править] Импульсная модуляция
- •[Править] Развёртка
- •[Править] Модуляция
- •[Править] Каналы связи
- •[Править] Приём сигнала
- •[Править] Свёртка
- •[Править] Запись изображения
- •[Править] Запись информации
- •Компьютерная мышь
- •[Править]Трекболы
- •[Править]Сенсорные полоски и панели
- •Компьютерная клавиатура
- •Монитор (устройство)
- •Жк-дисплей
- •Электронная бумага
- •Тема 6. Сетевые устройства: сетевые платы, сетевое оборудование
- •Активное сетевое оборудование
- •Пассивное сетевое оборудование
- •[Править] Принцип работы
- •[Править] Таблица маршрутизации
- •[Править] Применение
- •Сетевой коммутатор
- •Сетевой концентратор
- •[Править] Упрощённое описание принципа работы
- •[Править] Характеристики сетевых концентраторов
- •Межсетевой экран
- •Другие названия
- •Разновидности сетевых экранов
- •[Править] Типичные возможности
- •Тема 7. Параллельные архитектуры, графические процессоры. Языки cuda и OpenCl. Квантовые вычисления, днк-компьютеры, нанопроцессоры. Квантовый компьютер
- •Теория [править] Кубиты
- •[Править] Вычисление
- •[Править] Алгоритмы
- •[Править] Квантовая телепортация
- •[Править] Применение квантовых компьютеров [править] Специфика применения
- •[Править] Приложения к криптографии
- •[Править] Физические реализации квантовых компьютеров
- •Транзисторы на нанотрубках
- •Графический процессор
- •Массово-параллельная архитектура
- •Многоядерный процессор
- •Hyper-threading
Теория [править] Кубиты
Идея квантовых вычислений, впервые высказанная Ю. И. Маниным[2][5][нет в источнике] и Р. Фейнманом[6], состоит в том, что квантовая система из L двухуровневых квантовых элементов (квантовых битов, кубитов) имеет 2L линейно независимых состояний, а значит, вследствие принципа квантовой суперпозиции, пространством состояний такого квантового регистра является 2L-мерное гильбертово пространство. Операция в квантовых вычислениях соответствует повороту вектора состояния регистра в этом пространстве. Таким образом, квантовое вычислительное устройство размером L кубит фактически задействует одновременно 2L классических состояний.
Физическими системами, реализующими кубиты, могут быть любые объекты, имеющие два квантовых состояния: поляризационные состояния фотонов, электронные состояния изолированных атомов или ионов, спиновые состояния ядер атомов, и т. д.
Один
классический бит может находиться в
одном и только в одном из состояний
или
.
Квантовый бит, называемый кубитом,
находится в состоянии
,
так что |a|²
и |b|² —
вероятности получить 0 или 1 соответственно
при измерении этого состояния;
;
|a|²
+ |b|²
= 1. Сразу после измерения кубит переходит
в базовое квантовое состояние,
соответствующее классическому результату.
Пример:
Имеется
кубит в квантовом состоянии
В этом случае, вероятность получить при измерении
0 |
составляет |
(4/5)²=16/25 |
= 64 %, |
1 |
|
(-3/5)²=9/25 |
= 36 %. |
В данном случае, при измерении мы получили 0 с 64 % вероятностью.
В
результате измерения кубит переходит
в новое квантовое состояние
,
то есть, при следующем измерении этого
кубита мы получим 0 со стопроцентной
вероятностью (предполагается, что по
умолчанию унитарная операция тождественна;
в реальных системах это не всегда так).
Приведем
для объяснения два примера из квантовой
механики: 1) фотон находится в состоянии
суперпозиции
двух поляризаций. Это состояние есть
вектор в двумерной плоскости, систему
координат в которой можно представлять
как две перпендикулярные оси, так что
и
есть
проекции
на
эти оси; измерение раз и навсегда
коллапсирует состояние фотона в одно
из состояний
или
,
причем вероятность коллапса равна
квадрату соответствующей проекции.
Полная вероятность получается потеореме
Пифагора.
Перейдем
к системе из двух кубитов. Измерение
каждого из них может дать 0 или 1. Поэтому
у системы есть 4 классических состояния:
00, 01, 10 и 11. Аналогичные им базовые
квантовые состояния:
.
И наконец, общее квантовое состояние
системы имеет вид
.
Теперь |a|² —
вероятность измерить 00 и т. д. Отметим,
что |a|²+|b|²+|c|²+|d|²=1
как полная вероятность.
Если
мы измерим только первый кубит квантовой
системы, находящейся в состоянии
,
у нас получится:
С вероятностью
первый кубит перейдет в состояние
а второй — в состояние
, а
С вероятностью
первый кубит перейдет в состояние
а второй — в состояние
.
В
первом случае измерение даст состояние
,
во втором — состояние
Мы
снова видим, что результат такого
измерения невозможно записать как
вектор в гильбертовом
пространстве
состояний. Такое состояние, в котором
участвует наше незнание о том, какой же
результат получится на первом кубите,
называют смешанным состоянием. В нашем
случае такое смешанное состояние
называют проекцией исходного состояния
на
второй кубит, и записывают в виде матрицы
плотности вида
где
матрица плотности состояния
определяется
как
.
В общем случае системы из L кубитов, у неё 2L классических состояний (00000…(L-нулей), …00001(L-цифр), … , 11111…(L-единиц)), каждое из которых может быть измерено с вероятностями 0—100 %.
Таким образом, одна операция над группой кубитов затрагивает все значения, которые она может принимать, в отличие от классического бита. Это и обеспечивает беспрецедентный параллелизм вычислений.