Release Final

как брэгговская оптическая ячейка (на основе GaP). Свет, который выходит из модулятора, попадает на целый ряд фотодиодов (128 штук). Посмотри на фотографию DOC-II: в нем 8192 вспомогательных соединений. В секунду компьютер может сделать 0.8192 переключения, при этом на одно переключение затрачивается 7.15 фДж, если посчитать в фотонах, то это около 3000 фотонов. Понимаю, что все эти числа для тебя – китайская грамота, хотелось бы реального примера. Хорошо! Представь, что нам нужно найти какое-то слово тексте. Я провел небольшой эксперимент. Тестовая система Duron 1,6/256 MB/Win XP SP1, запущено более 50 процессов. Взял документ Win Word на 954 страницы, написал заветное слово на 953 странице (такое слово было только одно в документе). Запустил поиск этого слова и одновременно нажал кнопку Старт на своем секундомере. Поиск занял чуть больше 3 секунд (а именно 3.175), будем считать, что 3 секунды – ведь мне еще нужно было нажать Стоп. Тут даже не принципиально 2 или 3 секунды. Потому что оптический компьютер просматривает за ОДНУ секунду 80 000 страниц обычного ASCII текста. Думаю, комментировать дальше просто нету смысла. Основной недостаток оптического компьютера – неинтегрируемость его компонент. В настоящее время ведутся работы по созданию интегрального модуля оптического компьютера. Компьютер будет называться High Performance Optoelectronic Communication – HPOC. Опытная его модель уже создана.

Интегральный процессор на основе HPOC

В новом компьютере планируется использовать входную матрицу с вертикально расположенными лазерными диодами. Диоды будут соединяться волноводами и обычной оптикой, оснащенной матрицами переключения, на основе дифракционных оптических элементов. Выходная система будет состоять из матрицы фотодиодов, которая будет совмещена с входной матрицей. В модуле используются технологии CMOS, Bi-CMOS, GaAs, оптические межсоединения организованы с использованием свободного распространения световых пучков. В итоге получается квази четерехмерная структура. Уже создана опытная система. Она показывает скорость 1015 операций в секунду, причем «кушает» энергии всего 1 фДж на переключение (сравни с DOC-II – там 7 фДж). Что же касается веса, то пока нынешние оптические системы в этом проигрывают – их вес превышает используемые сейчас чипы. Конечно, до размеров и веса суперкомпьютеров пятидесятых не дойдет, но оптический ноутбук будет _больших_ размеров (если он вообще будет в ближайшее время).

(218) Оптичні комп'ютери. Принципи роботи self-electro-optic-effect devices - SEED.

Оптичний процесор DOC-II , його параметри

Див. також (217), там є про оптичний процесор, також 09 (06) Оптичні процесори (36 слайдів).pptx стор. 24-28

the quantum-well self-electro-optic-effect device, or SEED.

картинку можна глянути у відповідній презентації.

світимо пучком світла; залежно від того, яку ми подамо напругу, через систему буде проходити більше або менше світла

в цьому перемикачі використовуються квантові ями. Якимось раком керування квантовими ями для електронів різко змінює оптичні властивості СІДу. Структура складається з багатьох (близько сотні) тонких шарів з двох напівпровідних матеріалів (кожен шар по 10нм типово) - наприклад InGaAsP/InP. Коли через шар пропускають напругу (керуючий сигнал), пропускання цим шаром фотонів сильно змінюється - цей ефект використаний для створення оптичного модулятора. Подача більшої напруги після певного значення призводить до зниження коефіцієнту поглинання. При цьому чим інтенсивніше подається світло, тим більший фотострум через ланцюг, тим менша напруга, яка потрапляє на область квантових ям, тим більший коефіцієнт поглинання, що в свою чергу збільшує фотострум (в системі позитивний зворотній звязок), цей ефект потрібно враховувати при модуляції.

Існує симетричний та польовий сід-транзистор. Бажаючі можуть це перекласти - мені не дано. Variations on the SEED concept are the symmetric SEED (S-SEED) and the field-effect transistor SEED. Neighbouring S-SEEDs could be connected by pairs of back-to-back quantum-well photodiodes, and commercially sized interconnection networks could be built by using free-space photonic interconnections between two-dimensional arrays of switching nodes. However, even this type of free-space optical interconnection technology would only enhance and extend electronic technology, not replace it.

(220)Оптичні комп'ютери. HPOC High Performance Optoelectronic Communication.

Структура. Принципи роботи. Характеристики

Див. також (217) та 09 (06) Оптичні процесори (36 слайдів).pptx слайд 29+, кажуть - там

євсе, що треба.

(221)(222) Оптичні комп'ютери. Принципи роботи Оптичних Підсилювачів. Принципи реалізації логічних елементів.

Працюють на нелінійних ефектах у хвилеводах (оптоволокнах)

Якщо при передачі світлового сигналу накачати в нього ще й дуже потужне випромінювання додаткового джерела на нижчій частоті, то в деяких схемах відбувається перекачка енергії коливання від джерела у енергію вхідного світлового сигналу.

Десь там поруч валялося вимушене комбінаційне розсіяння світла. Рамановское рассеяние (иначе - комбинационное рассеяние света) это неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества (твёрдого, жидкого или газообразного), сопровождающееся

заметным изменением его частоты. В отличие от рэлеевского рассеяния, в случае рамановского рассеяния в спектре рассеянного излучения появляются спектральные линии, которых нет в спектре первичного (возбуждающего) света. Число и расположение появившихся линий определяется молекулярным строением вещества.

На рисунке представлена энергетическая схема упругого и неупругого взаимодействия фотона с веществом. При рэлеевском рассеянии частота отраженного света не меняется. Это "обычное" отражение света от поверхности или из объема вещества. При рамановском рассеянии происходит излучение или, наоборот, поглощение колебания молекулы (фонона в твердом теле). Если при рассеянии частота света уменьшается, такой процесс называется "стоксовское рассеяние". Если, наоборот, частота отраженного света больше, такой процесс называется "антистоксовский".

Верхние уровни, изображенные на рисунке - виртуальные энергетические уровни. Рамановское рассеяние света происходит "мгновенно". Результат рамановского рассеяния -

переходе ее на новый энергетич. уровень. В спектре отраженного света появляются дополнительные линии. По положению в спектре этих линий можно определить энергии молекулярных колебаний, а, следовательно, и химический состав вещества. Каждое вещество обладает своим уникальным колебательным спектром, то есть набором частот, которые

(224) (225) (226) (227) Квантові комп'ютери. Класифікація. Сфера застосування. Поняття про кубіти. Сплутані стани. Квантові ключі. Квантова телепортація.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%B

E%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1% 8E%D1%82%D0%B5%D1%80

(228) (229) Квантові комп'ютери. Квантові комп'ютери на іонах. Квантовий процесор D-Wave.

Квантовый компьютер D-Wave One, созданный известной компанией D-Wave, помог ученым в решении весьма сложной научной задачи. Этой задачей являлось моделирование процессов сворачивания некоторых видов белков под воздействием внешних факторов, задачей, решение которой традиционными вычислительными способами заняло бы очень много времени и потребовало огромных вычислительных ресурсов.

Квантовый компьютер D-Wave One имеет в своем составе 128 квантовых бит, кубит, охлажденных до состояния сверхпроводимости. Перед началом вычислительного цикла некоторая группа кубитов готовится к проведению вычислений, что означает их перевод в самое низкоэнергетическое состояние. Вычислительные операции, следующие за подготовкой, переводят кубиты компьютера в более высокое энергетическое состояние, а конечная комбинация состояний кубитов является тем самым искомым решением задачи, которую весьма сложно решить традиционными методами.

С первого взгляда все это кажется не очень сложным процессом, но на самом деле это совсем не так. В свое время многие ученые и исследователи в области квантовых вычислений и квантовой механики ставили под сомнение работоспособность квантового компьютера D- Wave и достоверность результатов его расчетов. Позже, специалисты компании D-Wave провели ряд тестов и испытаний, которые доказали тот факт, что их квантовый компьютер работает как ему и полагается. Только после этогоинтерес к таким компьютерам возрос и они стали использоваться для расчетов сложнейших математических моделей.

Моделирование, проведенное Аланом Аспуру-Гузиком и его коллегами из Гарвардского университета, доказывает эффективность квантового компьютера D-Wave и превосходство квантовых вычислений перед традиционными вычислительными методами. Как уже упоминалось выше, математическая модель, рассчитываемая в ходе экспериментов, содержала данные о различных видах белков. Конечной целью моделирования являлся поиск процесса свертывания белков под воздействием внешних факторов, требующий минимальных энергетических затрат.

Модель белка состояла из моделей различных аминокислот, связанных между собой различными взаимодействующими силами. Компьютер D-Wave успешно нашел

конфигурации, в которых аминокислоты белка располагались на самом маленьком расстоянии друг от друга, связанные наиболее слабыми силами взаимодействия, что соответствует самому энергоэкономичному процессу сворачивания белков.

Но, как и с любой бочкой меда, дело не обошлось без ложки дегтя. Компьютер D-Wave справился с задачей не очень хорошо. Согласно имеющейся информации, во время моделирования было проведено около 10 тысяч циклов расчетов, в которых было задействовано 81 кубитов. Правильный ответ был получен всего 13 раз. Такой плачевный результат стал частично результатом ограничений архитектуры самого квантового компьютера, а другое частичное влияние оказали тепловые помехи, которые нарушали целостность квантовой информации.

Колин Уильямс (Colin Williams), директор по коммерческому развитию компании D- Wave, рассказал, комментируя произошедшее: "Мы обсудили с исследователями ситуацию, возникшую во время моделирования процесса сворачивания белков. Несмотря на низкий процент получения правильных результатов, сам факт работоспособности сложной квантовой системы является немалым достижением, демонстрируя работоспособность использованных нами принципов. Поскольку компания D-Wave не стоит на месте, а движется вперед, то в квантовых чипах следующего поколения нами будут учтены все недостатки и уже приобретенный опыт, благодаря чему новые процессоры будут работать стабильнее и надежнее".

D-Wave это квантовая версия аналоговой вычислительной машины. Кубиты в ней это просто количество модулей (грубо говоря операционных усилителей) в аналоговой машине.

Т.е. D-Wave это НЕ универсальный дискретный квантовый компьютер, который выполняет шаг за шагом унитарные (обратимые) вычислительные операции. Кажется было доказано, что для решения любой произвольной задачи существует алгоритм квантового отжига. Проблема кроется в нахождении этого самого алгоритма, что составляет само по себе сложную задачу, для решения которой опять же нужен квантовый компьютер. Для некоторых простых случаев алгоритм удается найти на обычном компьютере.

Еще у квантового отжига есть такое ограничение. Если наращивать количество кубитов (модулей), то энергетический спектр системы будет уплотняться (расстояние между соседними энергетическими уровнями будет уменьшаться) экспоненциально. А это значит, что время релаксации системы в основное состояние будет также экспоненциально возрастать. Т.е. выигрыша в скорости решения задачи не будет от наращивания количества кубитов.

Система охлаждения квантового компьютера, поддерживающая температуру, близкую к

абсолютному нулю (20 мК); Чип в «сердце» D-Wave Two.

Является ли компьютер D-Wave квантовым, спорят до сих пор. Дело в том, что машина использует технологию, которая называется адиабатические квантовые вычисления (adiabatic quantum computing). Вопрос о том, может ли он работать быстрее обычных компьютеров и суперкомпьютеров, до сих пор остаётся открытым. Квантовые компьютеры, в отличие от обычных, используют кубиты (квантовые биты), которые могут принимать значения 0 и 1 одновременно, что значительно ускоряет работу подобных устройств.

230. Квантові комп'ютери. Квантові алгоритми sem8.pdf для дуже психів.

Квантовый алгоритм — это алгоритм, предназначенный для выполнения на квантовом компьютере.

Квантовый алгоритм представляет собой классический алгоритм, который задает последовательность унитарных операций (гейтов, или вентилей) с указанием, над какими именнокубитами их надо совершать. Квантовый алгоритм задается либо в виде словесного описания таких команд, либо с помощью их графической записи в виде системы вентилей

(quantum gate array).

Результат работы квантового алгоритма носит вероятностный характер[1]. За счёт небольшого увеличения количества операций в алгоритме можно сколь угодно приблизить вероятность получения правильного результата к единице.

Множества задач, допускающих решение на квантовом компьютере и на классическом, совпадают. Квантовый компьютер, таким образом, не увеличивает число алгоритмически разрешимых задач. Весь смысл применения квантового компьютера в том, что некоторые задачи он способен решить существенно быстрее, чем любой из классических. Для этого квантовый алгоритм должен по ходу вычисления генерировать и использовать запутанные квантовые состояния (см. Квантовая суперпозиция и Квантовая сцепленность).

Любая задача, решаемая квантовым алгоритмом, может быть решена и классическим компьютером путем прямого вычисления унитарных матриц экспоненциальной размерности, получения явного вида квантовых состояний. В частности, проблемы, неразрешимые на классических компьютерах (например, проблема остановки), остаются неразрешимыми и на квантовых. Но такое прямое моделирование требует экспоненциального времени, и потому возникает возможность, используя квантовый параллелизм, ускорять на квантовом компьютере некоторые классические алгоритмы[2].

Ускорение на квантовом компьютере не связано с тактовой частотой процессора. Оно основано на квантовом параллелизме. Один шаг квантового вычисления совершает гораздо большую работу, чем один шаг классического. Однако было бы ошибкой приравнивать квантовое вычисление к распараллеленному классическому. Например, квантовый компьютер

недетерминированный классический алгоритм решает её за время . Но недетерминированный классический алгоритм требует экспоненциального ресурса памяти, то есть не является физически осуществимым, тогда как квантовый алгоритм не противоречит известным законам природы.

Квантовое вычисление является процессом особого рода. Оно использует особый физический ресурс: квантовые запутанные состояния, что позволяет в некоторых случаях достигнуть поразительного выигрыша во времени. Такие случаи называются квантовым ускорением классических вычислений.

Случаи квантового ускорения, на фоне общей массы классических алгоритмов, очень редки (см.[4]). Однако, это не умаляет принципиального значения квантовых вычислений,

потому что они способны принципиально ускорить выполнение задач переборного типа.

Основные схемы квантового ускорения

Главный тип задач, которые ускоряются квантовыми алгоритмами, являются задачи типа перебора. Их можно разделить на 2 основные группы:

1.Задачи моделирования динамики сложных систем (первоначальная идея Фейнмана) и

2.Математические задачи, сводящиеся к перебору вариантов:

1.Общий случай перебора: схема Гровера и её варианты, а также

2.Задачи поиска скрытых периодов: схема Шора использования быстрого квантового преобразования Фурье, и её аналоги.

Тип 1) представлен алгоритмом ЗалкиВизнера моделирования унитарной динамики квантовых систем частиц за почти реальное время и с линейной от памятью. Этот алгоритм использует схему Шора квантового преобразования Фурье.

Тип 2) представлен:

алгоритмом Гровера общей задачи перебора и его непрерывным и адиабатическим вариантами, а также алгоритмами, использующими схему Гровера: структурного поиска (Фари, Гутман), алгоритмом поиска экстремума (Хойер и др.) и поиска совпадающих строк в базе данных (Амбайнис),

алгоритмом Шора факторизации целых чисел, алгоритмом АбрамсаЛлойда выявления периода, алгоритмом Китаева определения скрытых подгрупп и др.

Тип 1) представляет наибольший интерес с точки зрения дальнейших приложений квантового компьютера.

Классификация

Классификация квантовых алгоритмов может проводится по типу квантовых преобразований, используемых алгоритмом. Среди часто используемых преобразований можно отметить:en:phase kick-back, phase estimation, en:quantum Fourier transform, en:quantum walk, en:amplitude amplification, en:topological quantum field theory. Также возможна группировка квантовых алгоритмов по типу проблем, решаемых ими (конкретно, увы, прийдется самим).

Вміст

(2) (3) (78) (79) Моделювання нанокластерів. Модель желе для кластерів атомів, магічні

(92) (60) Модель вільного електрона і енергетичні зони. Зонна діаграма кластерів з малої

(63) Як змінюються оптичні спектри поглинання при зменшенні розмірів наночастинок?

.....................................................................................................................................................15

(126) (127) Всерединозонне, міжзонне поглинання в напівпровідникових наноструктурах.

.....................................................................................................................................................17

Імпульсний лазерний метод отримання наночастинок. Хімічні методи синтезу

(73)(85) (87) Однота багато стінні вуглецеві нанотрубки. Металічні та

(203)(204) Оптичні комп'ютери. Транспаранти на основі рідких кристалів.