Квантовый компьютер

Квантовый бит — это спин электрона или ядра

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

В квантовом компьютере счет идет не просто на биты "ноль" и "единицу", а на квантовые биты (кубиты) - всевозможные комбинации (суперпозиции) ноля и единицы.

Природа заложила в молекулярный мир возможности, которые не имеют границ.

Так, 32 кубита могут образовать около 4 миллиардов состояний. Создание квантовой системы, например молекулы с 300 ядерными спинами, дает 2300 решений.

Это число больше, чем число всех элементарных частиц в нашей галактике. Уже разработаны алгоритмы для квантовых компьютеров, причём значительный вклад в эту работу внесён учёными из СССР.

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

Втом случае, когда роль кубитов выполняют спины ядер, связанные спин-спиновыми взаимодействиями, в качестве квантового компьютера можно использовать спектрометр ЯМР. Тогда при помощи различных импульсных последовательностей

можно задать любые соотношения между кубитами.

ВКалифорнийском университете удалось с помощью комбинации импульсов трёх лазеров перемещать сигнал между квантовыми кубитами. Передача сигнала занимала около ста фемтосекунд (1 фс = 10–15 с).

Фирма „Хьюлетт Паккард“ изучает возможности 7-кубитового квантового компьютера, созданного на металлоорганической молекуле с семью гетероядерными спинами.

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

7-кубитовый квантовый компьютер на молекуле с семью гетероядерными спинами

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

Молекулярная электроника - область применения молекул и молекулярных материалов для производства, приема и обработки информации.

А спинтроника - это электроника, основанная не на движущихся зарядах, а на использовании квантового свойства электронов, наличии у них определенного магнитного момента – спина.

В перспективе квантовые компьютеры могут быть в миллиарды раз более эффективны и производительны, чем существующие вычислительные устройства, основанные на кремниевых транзисторах.

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

Главная задача ученых - заставить работать все эти 32-бита (q- бита) в рамках одного квантового устройства.

Не считая всех проблем, связанных с созданием элементов

памяти и логики, стоит отметить, что на сегодня ученым удалось связать друг с другом только три электрона.

Но уже существуют некие прототипы квантовых компьютеров, способных решать логические задачи.

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

С одной стороны, нанотехнологии - необходимая веха

прогресса.

Социологи называют их 5-й промышленной революцией, которую переживает общество.

С другой стороны, они могут иметь угрожающие

последствия.

С использованием нанотехнологии и наноустройств многократно возрастает угроза терроризма.

Нет необходимости взрывать ядерные заряды, достаточно иметь всего лишь несколько сот граммов мощного яда и соответствующие нанокапсулирующие возможности его распределения для того, чтобы уничтожить все человечество. Отслеживать эти возможности – задачи силовых структур.

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

Но есть и чисто социальные последствия.

Развитие нанотехнологий должно привести к резкому переустройству промышленности и сельского хозяйства. Создание новых материалов поставит под вопрос необходимость существования, к примеру, огромных металлургических комбинатов. Огромные производства могут закрыться, а их коллективы - остаться без работы.

В 21 веке мы будем (а зачастую – становимся)свидетелями того, как вычислительная техника сольется не только со средствами связи и машиностроением, но и с нашими телами, что откроет такие возможности , как создание искусственных имплантатов, интеллектуальных тканей и человеко-машинных гибридов.

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

Ученые вплотную занялись созданием модели, полностью имитирующей человеческую жизнедеятельность. Некоторые исследователи предсказывают широкое развитие технологий вживления электронных устройств в тело человека с прямым доступом к его собственным нейронам. В результате станут возможными такие явления, как телепатия и телекинез.

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич

Нейрокомпьютеры

Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич