Что такое квантовый компьютер?

1.

Что такое квантовый
компьютер?
Выплнил: ученик 10А класса
МОБУ"ФМЛ"Антонова Таня
Преподаватель: Юлия Алексеевна Сидорина
2017г

2.

Что это?
➲
Квантовый компьютер — вычислительное
устройство, которое
путем выполнения квантовых алгоритмов существенно использует при
работе квантовомеханические эффекты, такие
как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

3.

Квантовый параллелизм? Квантовая
запутанность?
➲
Квантовый параллелизмиспользование при вычислениях суперпозиций
базовых состояний, что
позволяет одновременно
производить большое
количество вычислений
с различными исходными данными.
➲
Квантовая запутанностьквантовомеханическое
явление, при котором
квантовые состояния
двух или большего числа
объектов оказываются
взаимозависимыми.

4.

Все проще, чем кажется.
Данный ролик поможет разобраться с сутью работы квантового компьютера.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=35&v=hzLDKF6E1w
4

5.

Как работает?
Идея квантовых компьютеров сравнительно нова: в 1981 году Пол
Бениофф впервые теоретически описал принципы работы квантовой
машины Тьюринга.
В 1930-х Алан Тьюринг впервые описал теоретическое устройство,
представляющее собой бесконечную ленту, разделенную на маленькие ячейки. Каждая ячейка может содержать в себе символ 1 или
0, или же остается пустой.
Управляющее устройство перемещается по ленте, считывая символы и записывая новые. Из набора таких символов составляется
программа, которую машина должна выполнить.
В квантовой машине Тьюринга, предложенной Бениоффом, принципы работы остаются теми же, с той разницей, что как лента, так и
управляющее устройство находятся в квантовом состоянии.
Это значит, что символы на ленте могут быть не только 0 и 1, но и
суперпозициями обоих чисел, т. е. 0 и 1 одновременно. Таким образом, если классическая машина Тьюринга способна одновременно
исполнять лишь одно вычисление, то квантовая занимается
несколькими вычислениями параллельно.

6.

Сегодняшние компьютеры работают по тому же принципу, что и нормальные машины
Тьюринга – с битами, которые находятся в одном из двух состояний: 0 или 1. У квантовых
компьютеров таких ограничений нет: информация в них зашифрована в квантовых битах
(кубитах), которые могут содержать суперпозиции обоих состояний.
Физическими системами, реализующими кубиты, могут быть атомы, ионы, фотоны или
электроны, имеющие два квантовых состояния. Фактически, если сделать
элементарные частицы носителями информации, с помощью них можно построить
компьютерную память и процессоры нового поколения.
Благодаря суперпозиции кубитов квантовые компьютеры изначально рассчитаны на
выполнение параллельных вычислений. Этот параллелизм, по мнению физика Дэвида
Дойча, позволяет квантовым компьютерам выполнять одновременно миллионы
вычислений, в то время, как современные процессоры работают лишь с одним
единственным.
30-кубитный квантовый компьютер по мощности будет равен суперкомпьютеру,
работающему с производительностью 10 терафлопс (триллион операций в секунду).
Мощность современных настольных компьютеров измеряется всего лишь гигафлопсах
(миллиард операций в секунду).
Другое важное квантовомеханическое явление, которое может быть задействовано в
квантовых компьютерах, называется «запутанностью». Основная проблема считывания
информации из квантовых частиц заключается в том, что в процессе измерения они
могут изменить свое состояние, причем совершенно непредсказуемым образом.

7.

Фактически, если считать информацию с кубита, находящегося в состоянии
суперпозиции, получим лишь 0 или 1, но никогда не оба числа одновременно. А это
значит, что вместо квантового, мы будем иметь дело с нормальным классическим
компьютером.
Чтобы решить эту проблему, ученые должны использовать такие измерения, которые не
разрушают квантовую систему. Квантовая запутанность предоставляет потенциальное
решение.
В квантовой физике, если приложить внешнюю силу к двум атомам, их можно «запутать»
вместе таким образом, что один из атомов будет обладать свойствами другого. Это, в
свою очередь, приведет к тому, что, например, измеряя спин одного атома, его
«запутанный» близнец сразу примет противоположный спин.
Такое свойство квантовых частиц позволяет физикам узнать значение кубита, не измеряя
его непосредственно.
В один прекрасный день квантовые компьютеры могут заменить кремниевые чипы,
подобно тому, как транзисторы пришли на смену вакуумным трубкам. Однако
современные технологии пока еще не позволяют строить полноценные квантовые
компьютеры.

8.

Как понять прочитаное?
Еще одно видео, обязанно все разъянить:
https://www.youtube.com/watch?v=oOXccbU9wMA

9.

Где применяют?
КК-это, конечно хорошо, однако
зачем он нужен?
Смотреть на него нельзя, стоит
дорого, да и выясняется, что бег
по просторам интернета с КК не
станет в сотни раз быстрее.
Специфика применения
Основные проблемы, связанные
с созданием и применением
квантовых компьютеров:
➲
➲
необходимо обеспечить высокую
точность измерений;
внешние воздействия могут разрушить квантовую систему или
внести в неё искажения.

10.

Еще применения?
Приложения к криптографии
Благодаря огромной скорости разложения на простые множители, квантовый
компьютер позволит расшифровывать сообщения, зашифрованные
асимметричным криптографическим алгоритмом RSA. До сих пор этот
алгоритм считается сравнительно надёжным, так как эффективный способ
разложения чисел на простые множители для классического компьютера в
настоящее время неизвестен. Для того, например, чтобы получить доступ к
кредитной карте, нужно разложить на два простых множителя число длиной в
сотни цифр. Даже для самых быстрых современных компьютеров выполнение
этой задачи заняло бы в сотни раз больше времени, чем возраст Вселенной.
Благодаря алгоритму Шора эта задача становится вполне осуществимой, если
квантовый компьютер будет построен.
Применение идей квантовой механики уже открыли новую эпоху в области
криптографии, так как методы квантовой криптографии открывают новые
возможности в области передачи сообщений. Прототипы систем подобного
рода находятся на стадии разработки.