18. «Необычные» квантовые компьютеры.

Рассмотренные ранее КК относят к группе обычных, т.к. они используют достаточно изученные квантовые эффекты. «Необычные» КК, в которых в качестве базовых носителей информации – кубитов в двухмерных и трехмерных системах рассматриваются частицы, подчиняющиеся фермиевской статистике – фермионы. Это могут быть, например, электроны и дырки в полупроводнике. Состояние занятое фермионом в таких системах может представлять состояние "1", а незанятое — состояние "0". В качестве другого варианта "необычных" компьютеров рассматриваются также "бозонные" компьютеры, использующие свойства бозе-конденсата с нелинейным взаимодействием между бозонами, проявляющиеся, например, в фотонных кристаллах, в системах из нейтральных атомов в оптических ловушках. Наконец, рассматривались квантовые компьютеры, использующие экзотические частицы, не подчиняющиеся ни фермиевской ни бозевской статистике. Компьютер на анионах (anyone) — квазичастицах, отличающиеся тем, что волновая функция аниона при обходе другого аниона приобретает произвольную фазу, был предложен А.Китаевым. Примером анионов являются элементарные возбуждения в двухмерном электронном газе в условиях квантового эффекта Холла. Привлекательным свойством анионных квантовых систем является возможность используя нелокальную природу анионов обеспечить защиту квантовых операций от влияния случайных помех.

19. Наиболее перспективные направления конструирования квантового компьютера.

С точки зрения создания квантовых суперкомпьютеров, привлекательными являются:

• Полупроводниковые ЯМР КК;

• Ядерные компьютеры на переходах Джозефсона;

• КК на квантовых точках.

Указанные перспективные направления разработки КК допускают большое число кубитов и для них существуют множество приемов микро- и нанотехнологий создания сверхпроводниковых интегральных схем. Наиболее важными преимуществами обладает твердотельные ЯМР КК:

• Ядерные спины сами по себе являются кубитами;

• При низких температурах они обладают очень большими временами релаксации и декогерентизации;

• Технологические структуры нанометрового масштаба в полупроводниковых ЯМР КК не предназначаются для создания самих кубитов, а служат для управления кубитами и измерения их состояния.

В настоящее время состояние современной высокочастотной технологии и технологии высокочистых материалов позволяют создавать простейшие варианты КК. Создание многокубитовых образцов пока находится в далекой перспективе. Для преодоления существующих трудностей КК потребуется привлечение технологических и схемотехнических достижений современной микро- и наноэлектроники, а также разработки программ матмоделирования физических процессов и в частности процесса декогерентизации многокубитовых квантовых систем.

20. Методы построения симуляторов квантового компьютера.

Помимо технической сложности устройства КК, перед разработчиками стоит так же проблема невозможности просчитать поведение квантовой системы при помощи классических компьютеров. Для решения этой проблемы строятся модели квантовых вычислителей. При моделировании статистики системы, обычно, используется матричное представление операторов и векторов квантовых состояний. Для реализации таких моделей чаще всего используются языки высокого уровня и квантовые подключаемые библиотеки. Также создаются специальные языки программного описания квантовых процессов (QASM – квантовый ассемблер), как простое средство описания действия квантовых цепочек состоящих из кубитов и однокубитных библиотек для MathLab и Maple, которые содержат набор интуитивно понятных квантовых операций и функций. Для снижения временных затрат и необходимого объема памяти, при моделировании применяется квантовая методика QuIDD, рассматривающая новый класс матриц и векторов, специально разработанная для описания состояний и поведения квантовых информационных систем.

Появление полноценных КК даст не только толчок развитию вычислительной техники и техники передачи информации, организации новых систем связи типа «квантового» Интернет и может оказаться началом развития новых неизвестных областей науки и техники. Исключительные возможности квантовых суперкомпьютеров несомненно будут способствовать более глубокому пониманию физических законов.