Идеальный квантовый компьютер

 

Рис.15.4. Схема квантового компьютера

 

Схема квантового компьютера представлена на рис. 15.4. По существу квантовый компьютер представляет собой регистр из n кубитов, управляемых внешними (классическими) сигналами. Квантовый компьютер встроен в классическое окружение, состоящее из управляющего классического компьютера и генераторов импульсов, управляющих эволюцией кубитов, а также средствами измерений состояния кубитов. В ходе вычислений к регистру n можно добавлять другие (вспомогательные) регистры.

Идеальным можно назвать квантовый компьютер, состояния которого всегда когерентны. Это означает, во-первых, отсутствие взаимодействия компьютера с окружением, создающим шумы и нарушающим когерентность вектора состояния компьютера (декогерентизация), во-вторых, в идеальном квантовом компьютере внешние сигналы осуществляют точное управление.

Удобно полагать, что в начальном состоянии компьютера все его кубиты находятся в состоянии . Эту операцию называют инициализацией. Состояние  можно получить охлаждением кубитов до сверхнизких температур или путем измерения и управления состоянием кубитов. Алгоритм решения задачи заключен в матрице преобразования . Классическая информация о решении задачи содержится в конечном векторе состояния . Она должна быть получена измерением кубитов.

Как уже отмечалось, по способу управления квантовый компьютер является аналоговым компьютером. Такое сочетание свойств – аналоговый способ управления, вероятностный характер представления цифрового решения – не присутствует ни в одном типе классических компьютеров. Квантовый компьютер выглядит минотавром в мире компьютеров, сочетая несовместимые в классическом мире свойства аналоговых и цифровых классических компьютеров.

На заре развития вычислительной техники (1950-1960 гг.) аналоговые (классические) компьютеры успешно дополняли цифровые ЭВМ. Впоследствии они были вытеснены цифровыми ЭВМ из-за невысокой точности получаемых решений. Аналоговые переменные (токи, напряжения) удавалось контролировать с погрешностью 10^-2. По современным оценкам параметры управляющих кубитами сигналов (импульсов) должны контролироваться с погрешностью 10^-5 – 10^-4. Такую дорогую плату должны будут заплатить создатели квантовых компьютеров за сюрприз встречи с минотавром - цифровым компьютером с аналоговым управлением. Как показано ниже, высокая точность операций необходима, чтобы справиться с проблемой декогерентизации квантовых состояний.